KR102097200B1 - 열처리 방법 - Google Patents

열처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102097200B1
KR102097200B1 KR1020180023770A KR20180023770A KR102097200B1 KR 102097200 B1 KR102097200 B1 KR 102097200B1 KR 1020180023770 A KR1020180023770 A KR 1020180023770A KR 20180023770 A KR20180023770 A KR 20180023770A KR 102097200 B1 KR102097200 B1 KR 102097200B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
susceptor
chamber
semiconductor wafer
temperature
heated
Prior art date
Application number
KR1020180023770A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180103702A (ko
Inventor
요시오 이토
Original Assignee
가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 filed Critical 가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Publication of KR20180103702A publication Critical patent/KR20180103702A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102097200B1 publication Critical patent/KR102097200B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2251—Diffusion into or out of group IV semiconductors
    • H01L21/2252—Diffusion into or out of group IV semiconductors using predeposition of impurities into the semiconductor surface, e.g. from a gaseous phase
    • H01L21/2253—Diffusion into or out of group IV semiconductors using predeposition of impurities into the semiconductor surface, e.g. from a gaseous phase by ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H01L21/2686—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation using incoherent radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/6719—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the construction of the processing chambers, e.g. modular processing chambers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68735—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by edge profile or support profile
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/6875—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a plurality of individual support members, e.g. support posts or protrusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68757—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a coating or a hardness or a material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(과제) 더미 러닝을 생략할 수 있는 열처리 방법을 제공한다.
(해결 수단) 챔버 내에 설치된 석영의 서셉터에 아무것도 유지하고 있지 않은 상태에서 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 석영의 하측 챔버 창을 안정 온도로까지 가열하여 보온한다. 그 후, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼를 챔버에 반입하기 직전에, 서셉터에 적외광을 흡수하여 승온하는 피가열체를 유지하고, 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 그 피가열체를 가열한다. 승온한 피가열체에 의해서 서셉터가 안정 온도로 예열된다. 최초의 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼가 챔버 내에 반입되었을 때에는, 하측 챔버 창 및 서셉터가 안정 온도로 가열되고 있기 때문에, 로트를 구성하는 모든 반도체 웨이퍼의 온도 이력을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 최초의 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼를 반입하기 전의 더미 러닝을 생략할 수 있다.

Description

열처리 방법{HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 챔버 내에 설치된 석영의 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 박판형상 정밀 전자 기판(이하, 단순히 「기판」이라 칭함)에 연속 점등 램프로부터 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 내에 pn 접합을 형성하기 위한 필수 공정이다. 현재, 불순물 도입은, 이온 주입법과 그 후의 어닐링법에 의해서 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 주입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P)과 같은 불순물의 원소를 이온화시켜 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐링 처리에 의해서 활성화된다. 이 때, 어닐링 시간이 수 초 정도 이상이면, 주입된 불순물이 열로 인해 깊게 확산되어, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어져 양호한 디바이스 형성에 지장이 생길 우려가 있다.
그래서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐링 기술로서, 근년 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 단순히 「플래시 램프」로 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미함)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면만을 매우 단시간(수 밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역으로부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수 밀리초 이하의 매우 단시간의 플래시 광조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있다고도 판명되어 있다. 이 때문에, 크세논 플래시 램프에 의한 매우 단시간의 승온이라면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
이러한 크세논 플래시 램프를 사용한 열처리 장치로서, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 반도체 웨이퍼의 표면측에 플래시 램프를 배치하고, 이면측에 할로겐 램프를 배치하고, 그들의 조합에 의해서 원하는 열처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 개시된 열처리 장치에 있어서는, 할로겐 램프에 의해서 반도체 웨이퍼를 어느 정도의 온도까지 예비 가열하고, 그 후 플래시 램프로부터의 플래시 광조사에 의해서 반도체 웨이퍼의 표면을 원하는 처리 온도로까지 승온시키고 있다.
일본국 특허 공개 2010-225645호 공보
일반적으로, 열처리로 한정되지 않고 반도체 웨이퍼의 처리는 로트(동일 조건으로 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼) 단위로 행해진다. 매엽식 기판 처리 장치에서는, 로트를 구성하는 복수장의 반도체 웨이퍼에 대해 연속해서 순차적으로 처리가 행해진다. 플래시 램프 어닐링 장치에 있어서도, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼가 1장씩 챔버에 반입되어 순차적으로 열처리가 행해진다.
가동 정지 상태의 플래시 램프 어닐링 장치가 로트의 처리를 개시하는 경우, 대체로 실온의 챔버에 로트의 최초의 반도체 웨이퍼가 반입되어 가열 처리가 행해지게 된다. 가열 처리시에는, 챔버 내에서 서셉터에 지지된 반도체 웨이퍼가 소정 온도로 예비 가열되고, 또한 플래시 가열에 의해서 웨이퍼 표면이 처리 온도로까지 승온한다. 그 결과, 승온한 반도체 웨이퍼로부터 서셉터 등의 챔버 내 구조물에 열전도가 발생해, 그 서셉터 등의 온도도 상승하게 된다. 이러한, 반도체 웨이퍼의 가열 처리에 따른 서셉터 등의 온도 상승은, 로트의 최초부터 수 장 정도 계속되어, 이윽고 약 10장의 반도체 웨이퍼의 가열 처리가 행해졌을 때에 서셉터의 온도는 일정한 안정 온도에 도달한다. 즉, 로트의 최초의 반도체 웨이퍼는 실온의 서셉터에 유지되어 처리되는 반면, 10장째 이후의 반도체 웨이퍼는 안정 온도로 승온하고 있는 서셉터에 유지되어 처리되는 것이다.
따라서, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼의 온도 이력이 불균일해진다는 문제가 발생한다. 특히, 로트의 최초부터 수 장 정도의 반도체 웨이퍼에 대해서는, 비교적 저온의 서셉터에 지지되어 처리되므로, 플래시 광조사시의 표면 도달 온도가 처리 온도에 다다르지 않을 우려도 있다. 또, 저온의 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에, 서셉터와 반도체 웨이퍼의 온도차에 의해서 웨이퍼 휨이 발생하는 경우도 있어, 그 결과로서 반도체 웨이퍼가 파손될 우려도 있다.
이 때문에, 종래부터, 로트의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지하고, 처리 대상의 로트와 동일 조건으로 예비 가열 및 플래시 가열 처리를 행함으로써, 사전에 서셉터 등의 챔버 내 구조물을 승온시켜 두는 것이 행해지고 있었다(더미 러닝). 약 10장 정도의 더미 웨이퍼에 대해서 예비 가열 및 플래시 가열 처리를 행함으로써, 서셉터 등이 안정 온도에 도달하므로, 그 후 처리 대상이 되는 로트의 최초의 반도체 웨이퍼의 처리를 개시한다. 이와 같이 하면, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼의 온도 이력이 균일해짐과 더불어, 서셉터와 반도체 웨이퍼의 온도차에 기인한 웨이퍼 휨을 방지할 수도 있다.
그러나, 이러한 더미 런닝은, 처리와는 무관한 더미 웨이퍼를 소비할 뿐만 아니라, 10장 정도의 더미 웨이퍼에 플래시 가열 처리를 행하는데 상당한 시간을 필요로 하기 때문에, 플래시 램프 어닐링 장치의 효율적인 운용이 방해된다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 더미 런닝을 생략할 수 있는 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 발명은, 챔버 내에 설치된 석영의 서셉터에 유지된 기판에 상기 챔버의 외부에 설치된 연속 점등 램프로부터 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 상기 챔버에 설치된 석영창을 상기 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 보온하는 보온 공정과, 처리 대상이 되는 기판을 상기 챔버에 반입하기 전에, 상기 서셉터에 적외광을 흡수하여 승온하는 피가열체를 유지하고, 상기 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 상기 피가열체를 가열하여 상기 서셉터를 예열하는 예열 공정과, 상기 예열 공정 후, 상기 기판을 상기 서셉터에 유지하고, 상기 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 상기 기판을 가열하는 가열 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 석영창 및 상기 서셉터를 가열하지 않고, 로트의 복수의 기판에 연속해서 광을 조사하여 가열함으로써 상기 석영창 및 상기 서셉터의 온도가 상승하여 일정하게 되었을 때의 상기 석영창 및 상기 서셉터의 온도를 각각 제1 안정 온도 및 제2 안정 온도로 하고, 상기 보온 공정에서는, 상기 석영창의 온도가 상기 제1 안정 온도를 유지하도록 상기 석영창을 가열하고, 상기 예열 공정에서는, 상기 서셉터의 온도가 상기 제2 안정 온도에 도달하도록 상기 서셉터를 가열하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 피가열체는, 상기 연속 점등 램프로부터 출사된 광 중 상기 석영창을 투과한 파장역의 적외광을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 가열 공정은, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 4의 발명에 의하면, 챔버에 설치된 석영창을 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 보온하고, 처리 대상이 되는 기판을 챔버에 반입하기 전에, 서셉터에 적외광을 흡수하여 승온하는 피가열체를 유지하고, 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 피가열체를 가열하여 서셉터를 예열하기 때문에, 처리 대상이 되는 기판이 챔버에 반입되었을 때에는 석영창 및 서셉터가 승온하고 있으며, 더미 러닝을 생략할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 보온 공정에서는, 석영창의 온도가 제1 안정 온도를 유지하도록 석영창을 가열하고, 예열 공정에서는, 서셉터의 온도가 제2 안정 온도에 도달하도록 서셉터를 가열하기 때문에, 처리 대상이 되는 복수의 기판을 순차적으로 연속해서 처리했을 때에, 온도 이력을 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 방법으로 사용하는 열처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 서셉터의 평면도이다.
도 4는 서셉터의 단면도이다.
도 5는 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 6은 이재 기구의 측면도이다.
도 7은 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 열처리 방법의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 9는 할로겐 램프에 의한 하측 챔버 창의 가열을 나타내는 모식도이다.
도 10은 할로겐 램프에 의한 더미 웨이퍼의 가열을 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 열처리 방법을 실시하기 위한 열처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 열처리 방법에 사용하는 열처리 장치(1)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 1의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판 형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 플래시 광조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 용이한 이해를 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다.
열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 가열부(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 가열부(4)를 구비한다. 챔버(6)의 상측에 플래시 가열부(5)가 설치됨과 더불어, 하측에 할로겐 가열부(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리 장치(1)는, 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 장치 외부 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다. 또한, 열처리 장치(1)는, 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)에 설치된 각 동작 기구를 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 열처리를 실행시키는 제어부(3)를 구비한다.
챔버(6)는, 통형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 갖고 있고, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
본 실시형태의 챔버(6)는, 내부를 대기압 미만으로 감압할 수 있는 감압 대응이므로, 내압성을 늘리기 위해서 상측 챔버 창(63) 및 하측 챔버 창(64)의 두께를 상압 대응인 것보다 두껍게 하고 있다. 예를 들면, 상압 대응이면 챔버 창의 두께가 8mm인 바, 본 실시형태의 상측 챔버 창(63) 및 하측 챔버 창(64)의 두께는 28mm로 하고 있다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되고, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 둘 다 원환형으로 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, 둘 다 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해서 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 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, 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라서 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(노구(爐口))(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해서 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 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또, 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 있고, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 통해 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 확산되도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로는, 예를 들면 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스, 혹은 그들을 혼합한 혼합 가스를 이용할 수 있다(본 실시형태에서는 질소 가스).
한편, 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 있고, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 통해 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, 챔버(6)의 둘레방향을 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형상인 것이어도 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 통해 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통해 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
배기부(190)로는, 진공 펌프나 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 배기 유틸리티를 이용할 수 있다. 배기부(190)로서 진공 펌프를 채용하고, 밸브(84)를 닫아 가스 공급 구멍(81)으로부터 어떠한 가스 공급을 행하지 않고 밀폐 공간인 열처리 공간(65)의 분위기를 배기하면, 챔버(6) 내를 진공 분위기로까지 감압할 수 있다. 또, 배기부(190)로서 진공 펌프를 이용하지 않은 경우에도, 가스 공급 구멍(81)으로부터 가스 공급을 행하지 않고 배기를 행함으로써, 챔버(6) 내를 대기압 미만인 기압으로 감압할 수 있다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 나타내는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대(基臺) 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 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓아짐으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시형태에서는 4개)가 세워져 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해서 지지된다. 도 3은, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 4는, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드 링(76) 및 복수의 기판 지지 핀(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 갖는다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 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 향해서 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 의해서 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 지지 핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 위를 따라서 30°마다 합계 12개의 기판 지지 핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 직경(대향하는 기판 지지 핀(77)간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 되돌아와서, 기대 링(71)에 세워져 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)이 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.
챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 위에 수평 자세로 올려놓아져 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지 핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지 핀(77)의 높이(기판 지지 핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지 핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 방사 온도계(120)(도 1 참조)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해서 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(120)가 개구부(78)를 통해 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하고, 별도로 설치한 디텍터에 의해서 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 위해서 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 형성되어 있다.
도 5는, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 6은, 이재 기구(10)의 측면도이다. 이재 기구(10)는, 2개의 이재 암(11)을 구비한다. 이재 암(11)은, 대체로 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워져 설치되어 있다. 이재 암(11) 및 리프트 핀(12)은 석영으로 형성되어 있다. 각 이재 암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 암(11)을 유지부(7)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 5의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 봤을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 5의 이점쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로는, 개별의 모터에 의해서 각 이재 암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해서 한 쌍의 이재 암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 암(11)은, 승강 기구(14)에 의해서 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과해, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출된다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내어, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 암(11)을 열도록 이동시키면 각 이재 암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 암(11)의 퇴피 위치는, 유지부(7)의 기대 링(71)의 바로 윗쪽이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓아져 있기 때문에, 이재 암(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 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 챔버(6)의 내부에는 3개의 방사 온도계(120, 130, 140)가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이, 방사 온도계(120)는, 서셉터(74)에 설치된 개구부(78)를 통해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 방사 온도계(130)는, 상측 챔버 창(63)으로부터 방사된 적외광을 검지하여 상측 챔버 창(63)의 온도를 측정한다. 한편, 방사 온도계(140)는, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사된 적외광을 검지하여 하측 챔버 창(64)의 온도를 측정한다.
챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 가열부(5)의 하우징(51)의 바닥부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 가열부(5)의 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형상의 석영창이다. 플래시 가열부(5)가 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버 창(63)과 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버 창(63)을 통해 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통 형상을 갖는 봉형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행이 되도록 평면형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해서 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되어 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉형상의 유리관(방전관)과, 그 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이므로, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 모아진 전기가 유리관 내에 순시에 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 모아져 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 매우 짧은 광펄스로 변환된다는 점에서, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 매우 짧은 시간 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해서 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)측에 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블러스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해서 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 통해 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 광조사부이다. 할로겐 가열부(4)가 챔버(6)의 하방에 설치됨으로써, 복수개의 할로겐 램프(HL)는 하측 챔버 창(64)과 대향하게 된다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 설치됨과 더불어, 상단보다 유지부(7)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통 형상을 갖는 봉형상 램프이다. 상단, 하단 둘 다 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 둘 다 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상단, 하단 둘 다 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도가 높게 되어 있다. 즉, 상하단 둘 다, 램프 배열의 중앙부보다 주연부의 쪽이 할로겐 램프(HL)의 설치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열시에 온도 저하가 발생하기 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, 상단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이 방향과 하단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 서로 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 백열 전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형상 램프이므로 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 방사 효율이 뛰어난 것이 된다.
또, 할로겐 가열부(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 1). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측에 반사한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기 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 독출 전용 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에 있어서의 처리가 진행된다.
상기 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉의 온도 상승을 방지하기 위해서, 다양한 냉각용 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버(6)의 벽체에는 수랭관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버 창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
다음에, 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대해서 설명한다. 우선, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 통상의 열처리 순서에 대해서 설명한다. 여기서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(1)에 의한 플래시 광조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다. 이하에서 설명하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어하는 것으로써 진행된다.
우선, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용 밸브(89, 192)가 개방되어 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 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이에 의해, 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 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략한 배기 기구에 의해서 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에는 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 개방되어, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통해 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 이 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 장치 외부의 분위기를 끌어들일 우려가 있는데, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되어, 그러한 외부 분위기의 끌어들임을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇에 의해서 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 위 위치까지 진출하여 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과해 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출되어 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방에까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 올려놓아진 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출되고, 게이트 밸브(185)에 의해서 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 암(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 세워져 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측인 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방에까지 하강한 한 쌍의 이재 암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 석영으로 형성된 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해서 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐 광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 암(11)은 오목부(62)의 내측으로 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 경우는 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(120)에 의해서 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통해 방사된 적외광을 방사 온도계(120)가 수광하여 승온 중인 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(120)에 의한 측정치에 의거해, 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 열로 인해 확산될 우려가 없는, 200℃ 내지 800℃ 정도, 바람직하게는 350℃ 내지 600℃ 정도가 된다(본 실시형태에서는 600℃).
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, 방사 온도계(120)에 의해서 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정해, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시 광조사를 행한다. 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내를 향하고, 이들 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지므로, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 모아져 있던 정전 에너지가 매우 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도 T2까지 상승하고, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물이 활성화 된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 열처리 장치(1)에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 매우 단시간에 승강시킬 수 있으므로, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열로 인한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열 확산에 필요한 시간에 비해 매우 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 발생하지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온한다. 강온 중인 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(120)에 의해서 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(120)의 측정 결과에 따라 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 암(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 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되어, 리프트 핀(12) 상에 올려놓아진 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반출되고, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
그런데, 전형적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리는 로트 단위로 행해진다. 로트란, 동일 조건으로 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 본 실시형태의 열처리 장치(1)에 있어서도, 로트를 구성하는 복수장(예를 들면, 25장)의 반도체 웨이퍼(W)가 1장씩 순차적으로 챔버(6)에 반입되어 가열 처리가 행해진다.
여기서, 잠시 동안 처리를 행하지 않았던 열처리 장치(1)로 로트의 처리를 개시하는 경우, 대체로 실온의 챔버(6)에 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되어 플래시 가열 처리가 행해지게 된다. 이러한 경우에는, 예를 들면 메인터넌스 후에 열처리 장치(1)가 기동되고 나서 최초의 로트를 처리하는 경우나 앞의 로트를 처리한 후에 장시간이 경과한 경우 등이다. 가열 처리시에는, 승온한 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물에 열전도가 발생하므로, 초기에는 실온이었던 서셉터(74)가 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 서서히 축열에 의해 승온하게 된다. 또, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광의 일부는 하측 챔버 창(64)에 흡수되므로, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 하측 챔버 창(64)의 온도도 서서히 승온하게 된다.
그리고, 약 10장의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해졌을 때에 서셉터(74) 및 하측 챔버 창(64)의 온도가 일정한 안정 온도에 도달한다. 안정 온도에 도달한 서셉터(74)에서는, 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74)로의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형을 이룬다. 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달할 때까지는, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 전열량이 서셉터(74)로부터의 방열량보다 많기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 서셉터(74)의 온도가 서서히 축열에 의해 상승한다. 이에 대해, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달한 후에는, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형을 이루므로, 서셉터(74)의 온도는 일정한 안정 온도로 유지되게 된다. 또, 하측 챔버 창(64)의 온도가 안정 온도에 도달한 후에는, 하측 챔버 창(64)이 할로겐 램프(HL)의 조사광으로부터 흡수하는 열량과 하측 챔버 창(64)으로부터 방출되는 열량이 균형을 이루므로, 하측 챔버 창(64)의 온도도 일정한 안정 온도로 유지되게 된다.
이와 같이 실온의 챔버(6)에서 처리를 개시하면, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼(W)와 도중에서부터의 반도체 웨이퍼(W)에서 챔버(6)의 구조물의 온도가 상이한 것에 기인하여 온도 이력이 불균일해진다는 문제가 있었다. 또, 초기의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는 저온의 서셉터(74)에 지지되어 플래시 가열 처리가 행해지므로 웨이퍼 휨이 발생하기도 했다. 이 때문에, 이미 기재한 바와 같이, 종래에는, 로트의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버(6) 내에 반입하여 처리 대상의 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 예비 가열 및 플래시 가열 처리를 행하여 서셉터(74) 및 하측 챔버 창(64) 등의 챔버 내 구조물을 안정 온도로 승온시키는 더미 러닝이 실시되어 있었다. 이러한 더미 런닝이 열처리 장치(1)의 효율적인 운용을 저해하는 것도 이미 기술한 바와 같다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하기 전에, 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 미리 가열해둔다. 도 8은, 본 발명에 따른 열처리 방법의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
우선, 선행하는 로트의 처리가 종료된 후, 혹은 메인터넌스 후 등에 열처리 장치(1)를 기동한 후, 할로겐 램프(HL)에 의해서 하측 챔버 창(64)을 미리 가열해 둔다(단계 S1). 도 9는, 할로겐 램프(HL)에 의한 하측 챔버 창(64)의 가열을 나타내는 모식도이다. 챔버(6) 내에는 반도체 웨이퍼(W)가 존재하고 있지 않고, 서셉터(74)에는 아무것도 유지되어 있지 않다. 즉, 챔버(6) 내가 빈 상태로 할로겐 램프(HL)가 점등하고, 챔버(6)을 향해서 광을 조사한다.
할로겐 램프(HL)에서는 주로 적외광이 출사되고 있는데, 그 적외광 중 약 4~5μm 이상인 파장의 광이 석영의 하측 챔버 창(64)에 의해서 흡수된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광의 일부를 흡수함으로써 하측 챔버 창(64)이 가열되어 승온한다. 승온하는 하측 챔버 창(64)의 온도는 방사 온도계(140)에 의해서 측정되고 있다. 측정된 하측 챔버 창(64)의 온도는 방사 온도계(140)로부터 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(140)에 의한 측정치에 의거해, 하측 챔버 창(64)의 온도가 안정 온도 TS1(제1 안정 온도)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 안정 온도 TS1은, 로트의 10장 이상의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리를 연속해서 행한 후에, 하측 챔버 창(64)의 온도가 상승하여 일정해지는 안정 상태에 도달했을 때의 당해 하측 챔버 창(64)의 온도이다. 그리고, 제어부(3)는, 하측 챔버 창(64)의 온도가 안정 온도 TS1을 유지하도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 하측 챔버 창(64)은 안정 온도 TS1을 유지하도록 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 보온되는 것이다.
다음에, 새로운 로트의 최초의 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하기 전에, 챔버(6) 내에 더미 웨이퍼(DW)를 반입한다(단계 S2). 더미 웨이퍼(DW)는, 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 원판 형상의 실리콘 웨이퍼이며, 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 사이즈 및 형상을 갖는다. 단, 더미 웨이퍼(DW)에는, 패턴 형성이나 이온 주입은 이루어져 있지 않다.
더미 웨이퍼(DW)의 챔버(6)로의 반입 순서는, 상술한 반도체 웨이퍼(W)의 반입 순서와 동일하다. 즉, 장치 외부의 반송 로봇에 의해서 더미 웨이퍼(DW)가 챔버(6) 내에 반입되고, 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 더미 웨이퍼(DW)를 수취한다. 그리고, 리프트 핀(12)이 하강함으로써, 더미 웨이퍼(DW)가 서셉터(74)에 유지된다(단계 S3).
이 때 할로겐 램프(HL)는 계속해서 점등하고 있으며, 서셉터(74)에 유지된 더미 웨이퍼(DW)는 할로겐 램프(HL)에 의해서 가열되게 된다(단계 S4). 도 10은, 할로겐 램프(HL)에 의한 더미 웨이퍼(DW)의 가열을 나타내는 모식도이다. 석영의 서셉터(74)에는 더미 웨이퍼(DW)가 유지되고 있다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광 중 석영의 하측 챔버 창(64)을 투과한 파장역의 광은 그대로 석영의 서셉터(74)를 투과하여 더미 웨이퍼(DW)의 하면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 더미 웨이퍼(DW)가 가열되어 그 온도가 상승한다. 그리고, 승온한 더미 웨이퍼(DW)로부터의 열전도 및 열복사에 의해서 서셉터(74)가 가열된다(단계 S5).
더미 웨이퍼(DW)는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지되고 있다. 승온한 더미 웨이퍼(DW)로부터는 그들 복수의 기판 지지 핀(77)을 통해 서셉터(74)에 열전도가 발생해 서셉터(74)가 가열된다. 또, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지된 더미 웨이퍼(DW)의 하면과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 사이에는 미소한 간격이 형성되어 있고, 그 간격을 통한 더미 웨이퍼(DW)의 하면으로부터의 열복사에 의해도 서셉터(74)는 가열된다.
이 때에는, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도 TS2(제2 안정 온도)에 도달하도록 더미 웨이퍼(DW)에 의해서 서셉터(74)가 가열된다. 안정 온도 TS2란, 로트의 10장 이상의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리를 연속해서 행한 후에, 서셉터(74)의 온도가 상승하여 일정해지는 안정 상태에 도달했을 때의 당해 서셉터(74)의 온도이다. 구체적으로는, 서셉터(74)를 안정 온도 TS2로 승온하기 위해서 필요한 온도로까지 더미 웨이퍼(DW)를 가열할 수 있는 할로겐 램프(HL)의 출력을 미리 실험 또는 시뮬레이션에 의해서 구해 제어부(3)에 설정해둔다. 그리고, 제어부(3)의 제어 하에서, 할로겐 램프(HL)의 출력이 당해 설정 출력으로 조정된다. 그 결과, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 더미 웨이퍼(DW)가 소정 온도로 가열되어, 그 더미 웨이퍼(DW)에 의해서 서셉터(74)가 안정 온도 TS2로 예열되게 된다.
또한, 더미 웨이퍼(DW)를 가열하기 위해서 할로겐 램프(HL)의 출력을 하측 챔버 창(64)의 보온시부터 변경한 결과로서, 안정 온도 TS1로 유지되고 있었던 하측 챔버 창(64)의 온도도 안정 온도 TS1로부터 변화할 가능성이 있다. 그러나, 하측 챔버 창(64)의 열용량은 서셉터(74)의 열용량에 비해 현저하게 크고(본 실시형태에서는, 서셉터의 두께가 약 2mm인 반면 하측 챔버 창(64)의 두께는 28mm), 더미 웨이퍼(DW)를 가열하기 위해서 할로겐 램프(HL)의 출력을 단시간 변경했다고 해도, 하측 챔버 창(64)의 온도는 크게는 변화하지 않고 대체로 안정 온도 TS1로 유지되는 것이다.
더미 웨이퍼(DW)에 의해서 서셉터(74)가 안정 온도 TS2로 예열된 후, 챔버(6)로부터 더미 웨이퍼(DW)가 반출된다(단계 S6). 챔버(6)로부터의 더미 웨이퍼(DW)의 반출 순서도, 상술한 반도체 웨이퍼(W)의 반출 순서와 동일하다. 즉, 리프트 핀(12)이 상승하여 서셉터(74)로부터 더미 웨이퍼(DW)를 수취해, 그 더미 웨이퍼(DW)를 장치 외부의 반송 로봇에 의해서 챔버(6)로부터 반출한다.
더미 웨이퍼(DW)가 챔버(6)로부터 반출된 후, 신속하게 로트의 최초의 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하여 서셉터(74)에 유지한다(단계 S7). 그리고, 상술한 처리 순서를 따라서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리를 실행한다(단계 S8).
본 실시형태에 있어서는, 우선, 서셉터(74)에 아무것도 유지하고 있지 않은 상태에서 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 하측 챔버 창(64)을 안정 온도 TS1로 보온하고 있다. 그리고, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하기 직전에, 서셉터(74)에 더미 웨이퍼(DW)를 유지해, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 더미 웨이퍼(DW)를 가열하고, 그 더미 웨이퍼(DW)에 의해서 서셉터(74)를 안정 온도 TS2로 예열하고 있다. 즉, 할로겐 램프(HL)와 같은 단일의 열원을 이용하면서, 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)의 2개의 챔버 내 구조물을 2단계에 걸쳐 가열하고 있는 것이다. 서셉터(74)를 가열할 때에는, 당해 서셉터(74)에 더미 웨이퍼(DW)를 유지해, 그 더미 웨이퍼(DW)를 매개로서 할로겐 램프(HL)의 광조사에 의해서 서셉터(74)를 간접적으로 가열하고 있다. 또한, 더미 웨이퍼(DW)를 이용하지 않고, 단순히 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정한 것만으로는 서셉터(74)를 가열하는 것은 곤란하다. 그 이유는, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광 중, 석영의 서셉터(74)가 흡수 가능한 파장역의 광은 먼저 석영의 하측 챔버 창(64)에 의해서 흡수되기 때문이다. 반대로 말하면, 더미 웨이퍼(DW)는 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광 중 석영을 투과한 파장역의 적외광을 흡수하여 승온하는 것이다.
챔버(6) 내의 구조물을 2단계에 걸쳐 가열함으로써, 로트의 최초의 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내에 반입되었을 때에는, 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)가 각각 안정 온도 TS1 및 안정 온도 TS2로 가열되고 있다. 그 결과, 로트를 구성하는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 걸쳐서 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)가 동일한 온도이며, 온도 이력을 균일하게 할 수 있다. 또, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서도, 안정 온도 TS2로 승온한 서셉터(74)에 의해서 유지되므로, 서셉터(74)와 반도체 웨이퍼(W)의 온도차에 기인한 웨이퍼 휨을 방지할 수 있다. 그 결과, 종래와 같은 복수장(10장 이상)의 더미 웨이퍼에 실제의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 것과 동일한 가열 처리를 행하는 더미 러닝을 생략할 수 있으므로, 기판 처리 장치(1)의 효율적인 운용이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한, 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에 있어서는, 더미 웨이퍼(DW)를 매개로서 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 서셉터(74)를 간접적으로 가열하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 더미 웨이퍼(DW) 대신에 적외광을 흡수하여 승온하는 판형상체를 이용하도록 해도 된다. 예를 들면, 탄화규소(SiC)의 기판을 서셉터(74)에 유지하도록 해도 된다. 즉, 더미 웨이퍼(DW) 대신에 적외광을 흡수하여 승온하는 피가열체를 서셉터(74)에 유지하는 형태이면 된다. 단, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광 중 파장 4~5μm 이상의 광은 하측 챔버 창(64)에 의해서 흡수되므로, 하측 챔버 창(64)을 투과하는 파장 4μm 이하의 적외광을 흡수하는 부재로 피가열체를 형성할 필요는 있다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것이 아니라, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개로 한정되는 것이 아니라, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열 등을 행하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프를 연속 점등 램프로서 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열 등, 하측 챔버 창(64)의 가열, 및, 더미 웨이퍼(DW)의 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것이 아니라, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양전지용 기판이어도 된다. 또, 본 발명에 따른 기술은, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
또, 본 발명에 따른 열처리 기술은, 플래시 램프 어닐링 장치로 한정되는 것이 아니라, 할로겐 램프를 사용한 매엽식 램프 어닐링 장치나 CVD 장치 등의 플래시 램프 이외의 열원의 장치에도 적용할 수 있다. 특히, 챔버의 하방에 할로겐 램프를 배치하고, 반도체 웨이퍼의 이면으로부터 광조사를 행하여 열처리를 행하는 백 사이드 어닐링 장치에 본 발명에 따른 기술은 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 할로겐 램프는 챔버의 상방에 배치되어 있어도 되고, 이 경우에는, 상측 챔버 창이 할로겐 램프에 의해서 안정 온도로 보온되게 된다.
1:열처리 장치
3:제어부
4:할로겐 가열부
5:플래시 가열부
6:챔버
7:유지부
10:이재 기구
63:상측 챔버 창
64:하측 챔버 창
65:열처리 공간
74:서셉터
75:유지 플레이트
77:기판 지지 핀
120, 130, 140:방사 온도계
DW:더미 웨이퍼
FL:플래시 램프
HL:할로겐 램프
W:반도체 웨이퍼

Claims (4)

  1. 챔버 내에 설치된 석영의 서셉터에 유지된 기판에 상기 챔버의 외부에 설치된 연속 점등 램프로부터 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    상기 챔버에 설치된 석영창을 상기 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 보온하는 보온 공정과,
    처리 대상이 되는 기판을 상기 챔버에 반입하기 전에, 상기 서셉터에 적외광을 흡수하여 승온하는 피가열체를 유지하고, 상기 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 상기 피가열체를 가열하여 상기 서셉터를 예열하는 예열 공정과,
    상기 예열 공정 후, 상기 기판을 상기 서셉터에 유지하고, 상기 연속 점등 램프로부터의 광조사에 의해서 상기 기판을 가열하는 가열 공정을 구비하고,
    상기 석영창 및 상기 서셉터를 가열하지 않고, 로트의 복수의 기판에 연속해서 광을 조사하여 가열함으로써 상기 석영창 및 상기 서셉터의 온도가 상승하여 일정하게 되었을 때의 상기 석영창 및 상기 서셉터의 온도를 각각 제1 안정 온도 및 제2 안정 온도로 하고,
    상기 보온 공정에서는, 상기 석영창의 온도가 상기 제1 안정 온도를 유지하도록 상기 석영창을 가열하고,
    상기 예열 공정에서는, 상기 서셉터의 온도가 상기 제2 안정 온도에 도달하도록 상기 서셉터를 가열하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피가열체는, 상기 연속 점등 램프로부터 출사된 광 중 상기 석영창을 투과한 파장역의 적외광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 가열 공정은, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 삭제
KR1020180023770A 2017-03-09 2018-02-27 열처리 방법 KR102097200B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2017-045053 2017-03-09
JP2017045053A JP6837871B2 (ja) 2017-03-09 2017-03-09 熱処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180103702A KR20180103702A (ko) 2018-09-19
KR102097200B1 true KR102097200B1 (ko) 2020-04-03

Family

ID=63445716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180023770A KR102097200B1 (ko) 2017-03-09 2018-02-27 열처리 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10559482B2 (ko)
JP (1) JP6837871B2 (ko)
KR (1) KR102097200B1 (ko)
TW (2) TWI660431B (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6847610B2 (ja) * 2016-09-14 2021-03-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP6960344B2 (ja) 2018-01-26 2021-11-05 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7041594B2 (ja) * 2018-06-20 2022-03-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
KR102221692B1 (ko) * 2018-10-12 2021-03-03 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
JP7091222B2 (ja) * 2018-10-23 2022-06-27 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7091221B2 (ja) * 2018-10-23 2022-06-27 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7091227B2 (ja) * 2018-11-05 2022-06-27 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7315331B2 (ja) * 2019-01-28 2023-07-26 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
US20210272823A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 SCREEN Holdings Co., Ltd. Light irradiation type heat treatment method
DE102020208184A1 (de) * 2020-06-30 2021-12-30 Singulus Technologies Aktiengesellschaft Heizsystem und Verfahren zum Aufheizen von großflächigen Substraten
JP2022026758A (ja) 2020-07-31 2022-02-10 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
CN116598232A (zh) * 2023-06-26 2023-08-15 北京屹唐半导体科技股份有限公司 用于半导体工件的热处理装置和精确测温方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017017275A (ja) * 2015-07-06 2017-01-19 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6521503B2 (en) * 2001-04-23 2003-02-18 Asm America, Inc. High temperature drop-off of a substrate
KR101153257B1 (ko) * 2007-01-26 2012-06-05 파나소닉 주식회사 모발 성장 조절 장치
JP2010225645A (ja) 2009-03-19 2010-10-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
CN101990376B (zh) * 2009-07-29 2012-09-19 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 一体式电子设备及其组装方法
KR101574336B1 (ko) 2013-10-21 2015-12-07 에이피시스템 주식회사 지지장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치와 이를 이용한 기판 처리 방법
JP6473659B2 (ja) * 2015-05-13 2019-02-20 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP2017017277A (ja) 2015-07-06 2017-01-19 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置および熱処理方法
JP6654374B2 (ja) * 2015-08-17 2020-02-26 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017017275A (ja) * 2015-07-06 2017-01-19 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10559482B2 (en) 2020-02-11
JP2018148178A (ja) 2018-09-20
JP6837871B2 (ja) 2021-03-03
US20180261477A1 (en) 2018-09-13
TW201923905A (zh) 2019-06-16
TWI660431B (zh) 2019-05-21
KR20180103702A (ko) 2018-09-19
TW201834072A (zh) 2018-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102097200B1 (ko) 열처리 방법
KR102103069B1 (ko) 열처리 장치
KR102126119B1 (ko) 열처리 방법
JP2017017277A (ja) 熱処理装置および熱処理方法
KR102182796B1 (ko) 열처리 장치 및 열처리 방법
KR102094591B1 (ko) 열처리 장치 및 방사 온도계의 측정 위치 조정 방법
KR102121105B1 (ko) 열처리 장치
KR102109249B1 (ko) 열처리 방법 및 열처리 장치
JP2016225429A (ja) 熱処理装置
TW201740438A (zh) 熱處理用承載器及熱處理裝置
JP7191504B2 (ja) 熱処理装置
KR102093007B1 (ko) 열처리 장치
KR102407656B1 (ko) 열처리 방법 및 열처리 장치
JP2019021828A (ja) 熱処理装置
JP6982446B2 (ja) 熱処理装置
WO2018037630A1 (ja) 熱処理装置
KR102097203B1 (ko) 봉형 램프 및 열처리 장치
KR102303332B1 (ko) p형 질화갈륨계 반도체의 제조 방법 및 열처리 방법
JP2023030458A (ja) 熱処理装置および熱処理方法
JP2019036645A (ja) 熱処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant