KR102225757B1 - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 더미 웨이퍼에 대한 열처리를 적절히 관리할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 더미 웨이퍼에 대해 할로겐 램프 등에 의한 가열 처리를 행하여 서셉터 등의 챔버내 구조물을 온도 조절하는 더미 처리를 행한다. 미리 더미 처리를 위한 더미 레시피를 작성함과 함께, 더미 처리의 횟수의 역치인 상한값 및 하한값을 설정해 둔다. 더미 처리를 개시한 후, 더미 처리의 횟수를 계수한다. 제품이 되는 반도체 웨이퍼를 수용한 캐리어가 열처리 장치에 반입된 시점에서의 더미 처리 횟수와 설정된 상한값 및 하한값의 비교 판정을 행함으로써, 더미 처리의 종료 및 제품 웨이퍼의 처리 개시의 타이밍을 조정한다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 더미 웨이퍼의 열처리를 관리하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」로 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면 만을 극히 단시간(수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 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, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시 광조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방 만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다.
이와 같은 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요해지는 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도로까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화 만을 실행할 수 있는 것이다.
전형적으로는, 열처리에 한정되지 않고 반도체 웨이퍼의 처리는 로트(동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼) 단위로 행해진다. 매엽식의 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.
그런데, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼를 순차적으로 처리하는 과정에서 반도체 웨이퍼를 유지하는 서셉터 등의 챔버내 구조물의 온도가 변화하는 경우가 있다. 이와 같은 현상은, 잠시 가동 정지 상태에 있던 플래시 램프 어닐링 장치에서 새롭게 처리를 개시하는 경우나 반도체 웨이퍼의 처리 온도 등의 처리 조건을 변화시킨 경우에 발생한다. 로트의 복수의 반도체 웨이퍼를 처리하는 과정에서 서셉터 등의 챔버내 구조물의 온도가 변화하면, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼와 후반의 반도체 웨이퍼에서 처리 시의 온도 이력이 상이하다는 문제가 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 제품 로트의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버 내에 반입하여 서셉터에 지지하고, 처리 대상의 로트와 동일 조건에서 가열 처리를 행함으로써, 사전에 서셉터 등의 챔버내 구조물을 승온시켜 두는 것이 행해지고 있었다(더미 런닝). 특허 문헌 1에는, 10장 정도의 더미 웨이퍼에 더미 런닝을 행하여 서셉터 등의 챔버내 구조물의 온도를 처리 시의 안정 온도에 도달시키는 것이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2017-092102호 공보
제품 로트를 구성하는 반도체 웨이퍼도 더미 웨이퍼도 FOUP 등의 캐리어에 수용된 상태로 플래시 램프 어닐링 장치에 반입된다. 더미 웨이퍼는 전용의 더미 캐리어에 수용되어 반입되고, 제품 로트는 통상의 캐리어에 수용되어 반입된다. 전형적으로는, 플래시 램프 어닐링 장치에 더미 캐리어가 반입되고 더미 런닝이 개시된 잠시 후에, 제품 로트를 수용하는 캐리어가 반입되고 제품 웨이퍼의 처리가 개시된다.
그러나, 소정 장수의 더미 웨이퍼에 대한 더미 런닝이 완료된 후 어느 정도 시간이 경과하고 나서 제품 로트를 수용하는 캐리어가 플래시 램프 어닐링 장치에 반입되면, 서셉터 등의 챔버내 구조물의 온도가 더미 런닝에 의해 조정된 안정 온도에서 저하되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 제품 로트의 처리를 개시하기 전에, 재차 더미 런닝을 행하여 챔버내 구조물을 안정 온도로 조정하지 않으면 안되어, 불필요한 더미 런닝을 행할 필요가 생길 뿐만 아니라 제품 로트의 처리 개시가 지연된다는 문제가 발생한다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 더미 웨이퍼에 대한 열처리를 적절히 관리할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 더미 웨이퍼의 열처리를 관리하는 열처리 방법에 있어서, 더미 웨이퍼에 대한 열처리의 횟수의 역치인 상한값 및 하한값을 설정하는 설정 공정과, 제품 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 더미 웨이퍼의 열처리를 행하는 더미 처리 공정을 구비하고, 제품 웨이퍼의 처리 개시 준비가 완료된 시점에서의 더미 웨이퍼의 열처리 횟수가 상기 하한값 미만일 때에는 상기 열처리 횟수가 상기 하한값에 도달할 때까지 더미 웨이퍼의 열처리를 계속하고, 상기 열처리 횟수가 상기 하한값 이상 또한 상기 상한값 이하일 때에는 더미 웨이퍼의 열처리를 정지하고 제품 웨이퍼의 처리를 개시하며, 상기 열처리 횟수가 상기 상한값을 초과했을 때에는 제품 웨이퍼의 처리를 중지하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 더미 처리 공정에서는, 처리 대상이 되는 제품 웨이퍼의 처리 레시피에 관련지어진 더미 레시피에 따라서 더미 웨이퍼의 열처리를 실행하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 더미 웨이퍼의 열처리를 관리하는 열처리 장치에 있어서, 더미 웨이퍼에 열처리를 행하는 열처리부와, 더미 웨이퍼에 대한 열처리의 횟수의 역치인 상한값 및 하한값을 설정하는 설정부와, 제품 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 더미 웨이퍼의 열처리를 실행함과 함께, 제품 웨이퍼의 처리 개시 준비가 완료된 시점에서의 상기 열처리부에 있어서의 더미 웨이퍼의 열처리 횟수가 상기 하한값 미만일 때에는 상기 열처리 횟수가 상기 하한값에 도달할 때까지 더미 웨이퍼의 열처리를 계속하고, 상기 열처리 횟수가 상기 하한값 이상 또한 상기 상한값 이하일 때에는 더미 웨이퍼의 열처리를 정지하고 제품 웨이퍼의 처리를 개시하며, 상기 열처리 횟수가 상기 상한값을 초과했을 때에는 제품 웨이퍼의 처리를 중지하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 처리 대상이 되는 제품 웨이퍼의 처리 레시피와, 상기 제품 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 열처리를 실행하는 더미 웨이퍼의 더미 레시피를 관련지어 기억하는 기억부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 3 또는 청구항 4의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 더미 웨이퍼를 수용한 더미 캐리어 전용의 로드 포트를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 및 청구항 2의 발명에 의하면, 제품 웨이퍼의 처리 개시 준비가 완료된 시점에서의 더미 웨이퍼의 열처리 횟수와 설정된 상한값 및 하한값의 비교 판정을 행하여 더미 웨이퍼의 열처리 및 제품 웨이퍼의 처리를 조정하기 때문에, 더미 웨이퍼에 대한 열처리를 적절히 관리할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 처리 대상이 되는 제품 웨이퍼의 처리 레시피에 관련지어진 더미 레시피에 따라서 더미 웨이퍼의 열처리를 실행하기 때문에, 제품 웨이퍼에 최적인 더미 레시피에 따라서 더미 웨이퍼의 열처리를 행할 수 있다.
청구항 3 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 제품 웨이퍼의 처리 개시 준비가 완료된 시점에서의 더미 웨이퍼의 열처리 횟수와 설정된 상한값 및 하한값의 비교 판정을 행하여 더미 웨이퍼의 열처리 및 제품 웨이퍼의 처리를 조정하기 때문에, 더미 웨이퍼에 대한 열처리를 적절히 관리할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 처리 대상이 되는 제품 웨이퍼의 처리 레시피와, 상기 제품 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 열처리를 실행하는 더미 웨이퍼의 더미 레시피를 관련지어 기억하기 때문에, 제품 웨이퍼에 최적인 더미 레시피에 따라서 더미 웨이퍼의 열처리를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 열처리부의 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(移載) 기구의 측면도이다.
도 9는 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 제어부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 11은 더미 처리의 관리 순서를 나타내는 플로차트이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 열처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)를 나타내는 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 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. 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~도 3의 각 도에 있어서는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위해 Z축 방향을 연직 방향으로 하고, XY평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 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 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101), 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트부(230), 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각을 행하는 2개의 냉각부(130, 140), 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 가열 처리를 실시하는 열처리부(160) 및 냉각부(130, 140) 및 열처리부(160)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 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)를 늘어놓아 재치하는 로드 포트(110)와, 각 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출함과 함께, 각 캐리어(C)에 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도 로봇(120)을 구비하고 있다. 정확하게는 인덱서부(101)에는 3개의 로드 포트가 설치되어 있으며, 로드 포트(110)는, 제1 로드 포트(110a), 제2 로드 포트(110b) 및 제3 로드 포트(110c)를 포함하는 총칭이다(3개의 로드 포트를 특별히 구별하지 않는 경우에는 간단히 로드 포트(110)로 한다). 3개의 로드 포트 중 제1 로드 포트(110a) 및 제2 로드 포트(110b)에는 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)가 재치된다. 한편, 제3 로드 포트(110c)는, 더미 웨이퍼(DW)를 수용한 더미 캐리어(DC) 전용의 로드 포트이다. 즉, 제3 로드 포트(110c)에는 더미 캐리어(DC) 만이 재치된다.
미처리 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)는 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의해 반송되어 로드 포트(110)에 재치된다. 또, 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)도 무인 반송차에 의해 로드 포트(110)로부터 운반된다.
또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)에 대해 임의의 반도체 웨이퍼(W)(또는 더미 웨이퍼(DW))의 출납을 행할 수 있도록, 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)가 도 2의 화살표 CU로 나타내는 바와 같이 승강 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)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 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타내는 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 수도 로봇(120)은, 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행함과 함께, 얼라인먼트부(230) 및 2개의 냉각부(130, 140)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다. 수도 로봇(120)에 의한 캐리어(C)(또는 더미 캐리어(DC))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(230) 또는 냉각부(130, 140)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 수도 로봇(120)의 승강 동작에 의해 행해진다.
얼라인먼트부(230)는, Y축 방향을 따른 인덱서부(101)의 측방에 접속되어 설치되어 있다. 얼라인먼트부(230)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전시켜 플래시 가열에 적절한 방향을 향하게 하는 처리부이다. 얼라인먼트부(230)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 얼라인먼트 챔버(231)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.
얼라인먼트부(230)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 수도 로봇(120)에 의해 행해진다. 수도 로봇(120)으로부터 얼라인먼트 챔버(231)에는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 수도된다. 얼라인먼트부(230)에서는, 인덱서부(101)로부터 수취한 반도체 웨이퍼(W)의 중심부를 회전 중심으로 하여 연직 방향축 둘레로 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 방향 조정이 종료된 반도체 웨이퍼(W)는 수도 로봇(120)에 의해 얼라인먼트 챔버(231)로부터 취출된다.
반송 로봇(150)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 반송 공간으로서 반송 로봇(150)을 수용하는 반송 챔버(170)가 설치되어 있다. 그 반송 챔버(170)의 세방면에 열처리부(160)의 처리 챔버(6), 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)가 연통 접속되어 있다.
열처리 장치(100)의 주요부인 열처리부(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 열처리부(160)의 구성에 대해서는 더 후술한다.
2개의 냉각부(130, 140)는, 대체로 동일한 구성을 구비한다. 냉각부(130, 140)는 각각, 알루미늄 합금제의 하우징인 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트와, 그 상면에 재치된 석영판을 구비한다(모두 도시 생략). 상기 냉각 플레이트는, 펠티에 소자 또는 항온수 순환에 의해 상온(약 23℃)으로 온도 조절되어 있다. 열처리부(160)에서 플래시 가열 처리가 실시된 반도체 웨이퍼(W)는, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입되고 상기 석영판에 재치되어 냉각된다.
제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 모두, 인덱서부(101)와 반송 챔버(170) 사이에서, 그들의 쌍방에 접속되어 있다. 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)에는, 반도체 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 2개의 개구가 형성되어 있다. 제1 쿨 챔버(131)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(181)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제1 쿨 챔버(131)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(183)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(181)를 통하여 접속되고, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(183)를 통하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제1 쿨 챔버(131) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(181)가 개방된다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(183)가 개방된다. 게이트 밸브(181) 및 게이트 밸브(183)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제1 쿨 챔버(131)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또, 제2 쿨 챔버(141)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(182)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제2 쿨 챔버(141)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(184)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(182)를 통하여 접속되고, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(184)를 통하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제2 쿨 챔버(141) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(182)가 개방된다. 또, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(184)가 개방된다. 게이트 밸브(182) 및 게이트 밸브(184)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제2 쿨 챔버(141)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또한, 냉각부(130, 140)는 각각, 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141)에 청정한 질소 가스를 공급하는 가스 공급 기구와 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기 기구를 구비한다. 이들 가스 공급 기구 및 배기 기구는, 유량을 2단계로 전환 가능하게 되어 있어도 된다.
반송 챔버(170)에 설치된 반송 로봇(150)은, 연직 방향을 따른 축을 중심으로 화살표 150R로 나타내는 바와 같이 선회 가능하게 된다. 반송 로봇(150)은, 복수의 아암 세그먼트로 이루어지는 2개의 링크 기구를 가지고, 그들 2개의 링크 기구의 선단에는 각각 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a, 151b)가 설치되어 있다. 이들 반송 핸드(151a, 151b)는 상하로 소정의 피치만큼 떼고 배치되어, 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 이동시킴으로써, 소정의 피치만큼 떨어진 상태인 채로 2개의 반송 핸드(151a, 151b)를 승강 이동시킨다.
반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141) 또는 열처리부(160)의 처리 챔버(6)를 수도 상대로 하여 반도체 웨이퍼(W)의 수도(출납)를 행할 때에는, 우선, 양반송 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.
반송 로봇(150)과 수도 로봇(120)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 냉각부(130, 140)를 통하여 행할 수 있다. 즉, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)는, 반송 로봇(150)과 수도 로봇(120) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서도 기능하는 것이다. 구체적으로는, 반송 로봇(150) 또는 수도 로봇(120) 중 한쪽이 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 건네준 반도체 웨이퍼(W)를 다른쪽이 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 수도가 행해진다. 반송 로봇(150) 및 수도 로봇(120)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 캐리어(C)로부터 열처리부(160)로까지 반송하는 반송 기구가 구성된다.
상술한 바와 같이, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이에는 각각 게이트 밸브(181, 182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141) 사이에는 각각 게이트 밸브(183, 184)가 설치되어 있다. 또한, 반송 챔버(170)와 열처리부(160)의 처리 챔버(6) 사이에는 게이트 밸브(185)가 설치되어 있다. 열처리 장치(100) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적절히 이들 게이트 밸브가 개폐된다. 또, 반송 챔버(170) 및 얼라인먼트 챔버(231)에도 가스 공급부로부터 질소 가스가 공급됨과 함께, 그들의 내부의 분위기가 배기부에 의해 배기된다(모두 도시 생략).
다음에, 열처리부(160)의 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 열처리부(160)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여 가열 처리를 행하는 처리 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. 처리 챔버(6)의 상측에 플래시 램프 하우스(5)가 설치됨과 함께, 하측에 할로겐 램프 하우스(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리부(160)는, 처리 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.
처리 챔버(6)는, 통형의 챔버 측부(61)의 상하로 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 가지고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 처리 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 처리 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 할로겐 램프(HL)로부터의 광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
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, 모두 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, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 처리 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, 처리 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, 처리 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환형으로 형성되어, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 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, 처리 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 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 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또, 처리 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 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 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 끼워져 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, 처리 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 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 통하여 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 끼워져 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, 처리 챔버(6)의 둘레 방향을 따라 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기 기구(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 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통하여 처리 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, 처리 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 3 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레 방향을 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 지지 핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형 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 향하여 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 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(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 지지 핀(77)이 세워 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 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(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. 이와 같은 유지부(7)의 기대 링(71)이 처리 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 처리 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 처리 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.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 처리 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 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지 핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 상기 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 의해 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 떼고 지지되게 된다. 기판 지지 핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지 핀(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, 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, 방사 온도계(20)가 개구부(78)를 통하여 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하고 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 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 원환형의 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 볼 때에 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 2점 쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 이재 동작 위치는 서셉터(74)의 하방이며, 퇴피 위치는 서셉터(74)보다 바깥쪽이다. 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 튀어 나온다. 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 처리 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 되돌아와, 처리 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 판형의 석영창이다. 플래시 램프 하우스(5)가 처리 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버 창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 처리 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 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고, 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉형의 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 순간적으로 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이와 같은 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 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 블라스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
처리 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 처리 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 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통형상을 가지는 봉형 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 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도가 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 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 격자형으로 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 배치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 배치된 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 가진다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)로의 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.
제어부(3)는, 열처리 장치(100)에 설치된 상기의 다양한 동작 기구를 제어한다. 도 10은, 제어부(3)의 구성을 나타내는 블럭도이다. 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 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크(35)를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(100)에 있어서의 처리가 진행된다. 또한, 도 1에 있어서는, 인덱서부(101) 내에 제어부(3)를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제어부(3)는 계수부(31) 및 판정부(32)를 구비한다. 계수부(31) 및 판정부(32)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 계수부(31) 및 판정부(32)의 처리 내용에 대해서는 더 후술한다.
또, 제어부(3)에는 표시부(34) 및 입력부(33)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 표시부(34)에 다양한 정보를 표시한다. 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 표시부(34)에 표시된 정보를 확인하면서, 입력부(33)로부터 다양한 커멘드나 파라미터를 입력할 수 있다. 입력부(33)로서는, 예를 들면 키보드나 마우스를 이용할 수 있다. 표시부(34)로서는, 예를 들면 액정 디스플레이를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 표시부(34) 및 입력부(33)로서, 열처리 장치(100)의 외벽에 설치된 액정의 터치 패널을 채용하여 쌍방의 기능을 겸비하게 하도록 하고 있다.
상기의 구성 이외에도 열처리부(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 처리 챔버(6)의 과잉한 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 처리 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.
다음에, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)의 처리 동작에 대해서 설명한다. 여기에서는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(제품 웨이퍼)(W)에 대한 처리 동작에 대해서 설명한 후, 더미 웨이퍼(DW)의 열처리의 관리에 대해서 설명한다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(100)에 의한 플래시 광조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다.
우선, 불순물이 주입된 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심부를 회전 중심으로 하여 수평면 내에서 연직 방향축 둘레로 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
다음에, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향의 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입된 미처리 반도체 웨이퍼(W)는 반송 로봇(150)에 의해 반송 챔버(170)에 반출된다. 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 거쳐 반송 챔버(170)에 이송될 때에는, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위한 패스로서 기능하는 것이다.
반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 열처리부(160)를 향하도록 선회한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 이 때에, 선행하는 가열 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)에 존재하고 있는 경우에는, 반송 핸드(151a, 151b)의 한쪽에 의해 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다. 그 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
처리 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 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 활성화가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 다시 개방하고, 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 챔버(170)에 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)로 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
그 후, 반송 로봇(150)이 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 이 때, 상기 반도체 웨이퍼(W)가 가열 처리 전에 제1 쿨 챔버(131)를 통과해 온 경우에는 가열 처리 후에도 제1 쿨 챔버(131)에 반입되고, 가열 처리 전에 제2 쿨 챔버(141)를 통과해 온 경우에는 가열 처리 후에도 제2 쿨 챔버(141)에 반입된다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 열처리부(160)의 처리 챔버(6)로부터 반출된 시점에서의 반도체 웨이퍼(W) 전체의 온도는 비교적 고온이기 때문에, 이것을 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서 상온 근방으로까지 냉각하는 것이다.
소정의 냉각 처리 시간이 경과한 후, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)로부터 반출하고, 캐리어(C)로 반환한다. 캐리어(C)에 소정 장수의 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)가 수용되면, 그 캐리어(C)는 인덱서부(101)의 로드 포트(110)로부터 반출된다.
열처리부(160)에 있어서의 가열 처리에 대해서 설명을 계속한다. 처리 챔버(6)로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 함께, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되어 처리 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 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이것에 의해, 처리 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 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략한 배기 기구에 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되어 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 개구부(66)가 개방되어, 반송 로봇(150)에 의해 반송 개구부(66)를 통하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 반송 로봇(150)은, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a)(또는 반송 핸드(151b))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 튀어 나와 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
미처리 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 지지 핀(77)에 의해 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 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 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 내측으로 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 방사 온도계(20)에 의해 측정되어 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 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, 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 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 T1에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 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.
이와 같은 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)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 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 단계에 있어서의 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 표면에 플래시 광조사를 행한다. 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 처리 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 처리 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 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 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 극히 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 활성화된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 플래시 가열에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 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, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 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 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지 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 튀어 나와 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 재치된 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151b)(또는 반송 핸드(151a))에 의해 반출된다. 반송 로봇(150)은, 반송 핸드(151b)를 리프트 핀(12)에 의해 밀어 올려진 반도체 웨이퍼(W)의 바로 아래쪽 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 처리 챔버(6)로부터 퇴출시키고 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
그런데, 전형적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리는 로트 단위로 행해진다. 로트란, 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 본 실시 형태의 열처리 장치(100)에 있어서도, 로트를 구성하는 복수장(예를 들면, 25장)의 반도체 웨이퍼(W)가 1개의 캐리어(C)에 수용되고 인덱서부(101)의 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)에 재치되어, 그 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)가 1장씩 순차적으로 처리 챔버(6)에 반입되어 가열 처리가 행해진다.
여기서, 잠시 처리를 행하지 않았던 열처리 장치(100)에서 로트의 처리를 개시하는 경우, 대체로 실온의 처리 챔버(6)에 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고, 예비 가열 및 플래시 가열 처리가 행해지게 된다. 이와 같은 경우는, 예를 들면 메인터넌스 후에 열처리 장치(100)가 기동되고 나서 최초의 로트를 처리하는 경우나 앞의 로트를 처리한 후에 장시간이 경과한 경우 등이다. 가열 처리 시에는, 승온된 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물에 열전도가 생기기 때문에, 초기에는 실온이였던 서셉터(74)가 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라서 서서히 축열에 의해 승온하게 된다. 또, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광의 일부는 하측 챔버 창(64)에 흡수되기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라서 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 균형이 맞는다. 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 따라서 서셉터(74)의 온도가 서서히 축열에 의해 상승한다. 이에 반해, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달한 후에는, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형이 맞기 때문에, 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 균형이 맞기 때문에, 하측 챔버 창(64)의 온도도 일정한 안정 온도로 유지되게 된다.
이와 같이 실온의 처리 챔버(6)에서 처리를 개시하면, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼(W)와 도중부터의 반도체 웨이퍼(W)에서 처리 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 행해지기 때문에 웨이퍼 휨이 생기기는 경우도 있다. 이 때문에, 제품 로트의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼(DW)를 처리 챔버(6) 내에 반입하고 가열 처리를 행하여 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물을 안정 온도로 승온시키는 더미 런닝(더미 처리)이 실시되어 있다. 10장 정도의 더미 웨이퍼(DW)에 가열 처리를 행함으로써, 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물을 안정 온도로 승온시킬 수 있다. 이와 같은 더미 처리는, 실온의 처리 챔버(6)에서 처리를 개시하는 경우뿐만 아니라, 예비 가열 온도 T1이나 처리 온도 T2를 변경하는 경우에도 실행된다. 이하, 본 실시 형태에 있어서의 더미 처리의 관리에 대해서 설명한다.
도 11은, 더미 처리의 관리 순서를 나타내는 플로차트이다. 우선, 더미 처리에 앞서 더미 레시피가 작성된다(단계 S1). 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리는, 처리 레시피에 따라서 제어부(3)가 열처리 장치(100)의 각 기구를 제어함으로써 실행된다. 처리 레시피란, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서 및 처리 조건을 정의한 것이다. 처리 레시피는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 목적이나 처리 내용에 따라 개별적으로 작성된다. 제어부(3)의 기억부인 자기 디스크(35)에는, 미리 작성된 복수의 처리 레시피가 저장되어 있다. 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 시에는, 그 처리 내용에 따른 처리 레시피가 선택되고, 제어부(3)가 선택된 처리 레시피에 따라서 열처리 장치(100)의 각 기구를 제어한다.
이와 같은 처리 레시피와는 별도로 더미 레시피가 작성된다. 더미 레시피란, 더미 웨이퍼(DW)의 처리 순서 및 처리 조건을 정의한 것이다. 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리를 개시하기 전에 더미 처리를 행하는 것이지만, 그 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리와 더미 처리와는 상이한 경우도 많다. 예를 들면, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행하고 나서 플래시 램프(FL)에 의한 플래시 가열을 행하는데 반해, 더미 처리에서는 플래시 가열은 행하지 않는 경우도 있다. 또, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리는 암모니아 분위기 중에서 행하는데 반해, 더미 처리는 질소 분위기 중에서 행하는 경우도 있다. 이 때문에, 처리 레시피와는 별도로 더미 처리 전용의 더미 레시피를 작성하는 것이다. 반도체 웨이퍼(W)의 처리 내용에 따라 복수의 처리 레시피가 작성되어 있기 때문에, 복수의 처리 레시피의 각각 최적인 처리 순서 및 처리 조건을 정의한 더미 레시피가 작성된다.
더미 레시피의 작성은, 예를 들면 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 표시부(34) 및 입력부(33)를 이용하여 행한다. 더미 레시피의 작성에 있어서는, 더미 웨이퍼(DW)에 대한 열처리의 횟수의 역치인 상한값 및 하한값도 아울러 설정된다(단계 S2). 이 설정 작업도, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 표시부(34) 및 입력부(33)를 이용하여 행한다. 즉, 표시부(34) 및 입력부(33)가 상한값 및 하한값을 설정하기 위한 설정부로서 기능한다.
작성된 더미 레시피는 제어부(3)의 자기 디스크(35)에 저장된다(단계 S3). 이 때, 더미 레시피는 대응하는 처리 레시피와 관련지어져 자기 디스크(35)에 저장된다(도 10). 더미 레시피에 대응하는 처리 레시피란, 상기 더미 레시피에 따라서 실행되는 더미 처리의 완료 후에 행하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 위한 처리 레시피이다. 반도체 웨이퍼(W)의 처리 내용에 따라 복수의 처리 레시피가 작성되어 있기 때문에, 그들 복수의 처리 레시피에 1대 1로 최적인 더미 레시피가 관련지어져 자기 디스크(35)에 저장된다.
다음에, 소정의 타이밍에 더미 처리가 개시된다(단계 S4). 예를 들면, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시하는 일정 시간 전에 더미 처리를 개시한다. 더미 처리는, 제3 로드 포트(110c)에 재치된 더미 캐리어(DC)로부터 더미 웨이퍼(DW)를 취출하여 열처리부(160)의 처리 챔버(6)에 반입하고, 그 더미 웨이퍼(DW)를 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사로 가열함으로써 실행된다. 더미 웨이퍼(DW)는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 원판형상의 실리콘 웨이퍼이며, 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 사이즈 및 형상을 가진다. 단, 더미 웨이퍼(DW)에는, 패턴 형성이나 이온 주입은 이루어져 있지 않다. 즉, 더미 웨이퍼(DW)는 이른바 베어 웨이퍼이다. 또, 더미 캐리어(DC)의 형태 자체는 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 캐리어(C)와 동일하며, 본 실시 형태에서는 FOUP이다. 단, 더미 캐리어(DC)는, 더미 웨이퍼(DW) 만이 수용되는 더미 웨이퍼(DW) 전용의 캐리어이다.
가열되어 승온된 더미 웨이퍼(DW)에 의해 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 온도 조절된다. 더미 처리가 완료된 더미 웨이퍼(DW)는 다시 제3 로드 포트(110c)에 재치된 더미 캐리어(DC)에 되돌려진다. 그 후, 새로운 더미 웨이퍼(DW)가 더미 캐리어(DC)로부터 취출되어 더미 처리에 제공된다. 복수장의 더미 웨이퍼(DW)에 더미 처리를 실행함으로써, 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 안정 온도로 온도 조절된다. 또한, 안정 온도란, 서셉터(74)를 예열하지 않고, 처리 챔버(6) 내에서 로트의 복수의 반도체 웨이퍼(W)에 연속해서 가열 처리를 행함으로써, 서셉터(74)의 온도가 상승되어 일정해졌을 때의 그 서셉터(74)의 온도이다.
본 실시 형태에 있어서는, 더미 캐리어(DC) 전용의 제3 로드 포트(110c)를 설치하고, 그 제3 로드 포트(110c)에 거의 상시 더미 캐리어(DC)가 재치되어 있다. 이 때문에, 더미 처리를 행할 때마다 더미 캐리어(DC)를 OHT 등에 의해 일일이 로드 포트(110)에 반입할 필요는 없고, 원하는 타이밍에 수시 더미 처리를 개시할 수 있다. 그 결과, 더미 처리의 지연에 기인한 제품 로트의 대기 시간을 저감할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 처리 레시피와 더미 레시피가 관련지어져 자기 디스크(35)에 저장되어 있다. 더미 처리에 있어서는, 계속해서 실행되는 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 위한 처리 레시피에 관련지어진 더미 레시피가 제어부(3)에 의해 선택되고, 그 선택된 더미 레시피에 따라서 더미 처리가 실행된다. 따라서, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 최적인 더미 처리를 행하는 것이 가능해진다.
또, 제어부(3)의 계수부(31)는, 더미 처리가 개시되고 나서의 더미 처리의 횟수를 나타내는 더미 처리 카운터를 유지하고 있어, 1장의 더미 웨이퍼(DW)에 대한 더미 처리가 종료할 때마다 더미 처리 카운터에 1을 가산하여 인크리먼트한다. 즉, 계수부(31)는, 더미 처리가 개시되고 나서의 열처리부(160)에 있어서의 더미 웨이퍼(DW)의 열처리 횟수를 계수한다.
다음에, 어느 시점에서 복수장의 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)(제품 로트)를 수용한 캐리어(C)가 OHT 등에 의해 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)에 재치된다. 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 열처리 장치(100)에 반입될 때까지, 더미 처리는 반복되고 있으며, 그 횟수는 계수부(31)에 의해 계수되어 있다.
제품 로트를 수용한 캐리어(C)의 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)로의 재치가 검지된 시점에서 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 개시 준비가 완료되었다고 간주되어, 단계 S5로부터 단계 S6으로 진행된다. 그리고, 제어부(3)의 판정부(32)가 계수부(31)에 의해 계수되어 있는 더미 처리 카운터와 단계 S2에서 설정된 상한값 및 하한값의 비교 판정을 행한다.
우선, 더미 처리 횟수가 설정된 상한값을 초과한 경우에는, 단계 S6으로부터 단계 S7로 진행되고, 새로운 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 중지한다. 이 경우는, 열처리부(160)에 있어서의 더미 웨이퍼(DW)의 열처리가 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 안정 온도에 도달한 후에도 상당수 행해진 경우이며, 어떠한 이상(異常)이 발생했을 가능성이 높기 때문에, 처리를 중지하는 것이다. 그 후, 이상의 유무의 점검 작업이 행해진다. 또한, 상한값으로서는 예를 들면 20회가 설정된다.
계속해서, 더미 처리 횟수가 설정된 하한값보다 적은 경우에는, 단계 S8로부터 단계 S9로 진행되어, 더미 처리 횟수가 하한값에 도달할 때까지 더미 처리를 계속한다. 그리고, 더미 처리 횟수가 하한값에 도달한 후에 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시한다. 이 경우는, 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입된 시점에서의 열처리부(160)에 있어서의 더미 웨이퍼(DW)의 열처리 횟수가 필요 최저 횟수 미만이며, 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 안정 온도에 도달하고 있지 않는 경우이다. 따라서, 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 안정 온도에 도달할 때까지 더미 처리를 계속해서 행하고, 상기 챔버내 구조물이 안정 온도에 도달하고 나서 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시하는 것이다. 또한, 하한값으로서는 예를 들면 10회가 설정된다.
한편, 이들 어느 것에도 해당하지 않는 경우, 즉 더미 처리 횟수가 하한값 이상 또한 상한값 이하인 경우에는, 단계 S10으로 진행되어, 더미 처리를 정지하고 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시한다. 이 경우는, 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입된 시점에서 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 안정 온도에 도달하고 있는 경우이며, 더미 처리를 즉시 정지하고 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시하는 것이다.
본 실시 형태에 있어서는, 더미 처리가 개시되고 나서의 더미 처리의 횟수를 계수하고, 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)에 재치된 시점에서의 더미 처리 횟수와 상한값 및 하한값의 비교 판정을 행하여 더미 처리의 종료 및 제품 웨이퍼의 처리 개시의 타이밍을 조정하고 있다.
이상적으로는, 열처리부(160)에 있어서의 더미 웨이퍼(DW)의 열처리가 필요 최저 횟수 실행되고, 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 안정 온도에 도달하는 것과 동시에 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)에 재치되어 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리가 개시되는 것이 바람직하다. 그러나, 반도체 제조 공장 내에는 다수의 열처리 장치(100)가 배치되어, 그들 복수의 열처리 장치(100)에 대해 OHT 등이 순차적으로 캐리어(C)의 반입 및 반출을 행하고 있다. 이 때문에, 실제로는, 챔버내 구조물이 안정 온도에 도달하는 것과 동시의 타이밍에 제품 로트를 수용한 캐리어(C)를 열처리 장치(100)에 반입하는 것은 매우 곤란하다. 더미 처리가 완료되는 타이밍과 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입되는 타이밍이 어긋나면 다양한 문제가 발생한다. 특히, 더미 처리가 완료되고 나서 어느 정도 시간이 경과하고 나서 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입되면, 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물이 안정 온도로부터 강온되어 있어, 다시 추가로 더미 처리를 행할 필요가 발생한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입된 시점에서의 더미 처리 횟수와 상한값 및 하한값의 비교 판정을 행하여 더미 처리의 종료 및 제품 웨이퍼의 처리 개시의 타이밍을 조정하고 있는 것이다.
상기의 하한값으로서는, 열처리부(160)에서 더미 웨이퍼(DW)에 순차적으로 더미 처리를 행하여 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물의 온도가 안정 온도에 도달하는데 필요한 더미 처리의 최저 횟수를 설정하는 것이 바람직하다. 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입된 시점에서 더미 처리 횟수가 하한값 미만인 경우에는, 아직 챔버내 구조물의 온도가 안정 온도에 도달하고 있지 않다. 이 때문에, 더미 처리 횟수가 하한값에 도달할 때까지 더미 처리를 계속해서 행하고, 챔버내 구조물의 온도가 안정 온도에 도달하면 즉시 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시한다. 이것에 의해, 불필요한 더미 처리를 행하지 않고 원활하게 더미 처리로부터 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리로 이행할 수 있다.
한편, 상한값으로서는, 상기의 하한값에 마진으로서 추가하는 더미 처리의 횟수를 가산한 값을 설정하는 것이 바람직하다. 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입된 시점에서 더미 처리 횟수가 하한값 이상 또한 상한값 이하인 경우에는, 필요 최저 횟수의 더미 처리가 실행되어 서셉터(74) 등의 챔버내 구조물의 온도가 안정 온도에 도달하고 있기 때문에, 더미 처리를 즉시 정지하고 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시한다. 이것에 의해, 불필요한 더미 처리를 최소한으로 억제하고 원활하게 더미 처리로부터 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리로 이행할 수 있다. 또, 챔버내 구조물의 온도가 안정 온도에 도달한 후에도, 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입될 때까지 중단되지 않고 더미 처리가 계속해서 행해지고 있기 때문에, 챔버내 구조물은 안정 온도로 유지되어 있으며, 재차 추가로 더미 처리를 행할 필요성은 생기지 않는다.
제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입된 시점에서 더미 처리 횟수가 상한값을 초과한 경우에는, 마진으로서 설정된 허용 한도를 초과하여 더미 처리가 행해지고 있기 때문에, 새로운 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 중지한다. 이것에 의해, 이상 상태에서 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리가 실행되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
상한값으로서, 하한값에 충분히 여유가 있는 마진을 가산한 값을 설정하면, 제품 로트를 수용한 캐리어(C)의 반입이 다소 지연된 경우여도, 챔버내 구조물의 온도를 안정 온도로 유지할 수 있어, 반입 지연에 기인한 문제를 방지할 수 있다. 무엇보다, 상한값을 과도하게 크게 설정하면, 이상이 발생하고 있음에도 불구하고 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리가 행해지는 경우도 있기 때문에, 밸런스를 고려하면서 상한값을 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제품 로트를 수용한 캐리어(C)가 반입된 시점에서의 더미 처리 횟수와 상한값 및 하한값의 비교 판정을 행하여 더미 처리의 종료 및 제품 웨이퍼의 처리 개시의 타이밍을 조정함으로써, 더미 웨이퍼(DW)에 대한 열처리를 적절히 관리할 수 있다.
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 실시 형태에 있어서는, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 표시부(34) 및 입력부(33)를 이용하여 상한값 및 하한값의 설정을 행하고 있었지만, 복수의 열처리 장치(100)가 배치된 공장의 호스트 컴퓨터로부터 더미 레시피와 함께 상한값 및 하한값을 각 열처리 장치(100)에 넘겨주도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이것에 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 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개로 한정되는 것이 아니라, 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 아니라, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 더미 웨이퍼의 가열도 아크 램프로부터의 광조사에 의해 행해지게 된다.
또, 열처리 장치(100)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것이 아니라, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다.
3 제어부 4 할로겐 램프 하우스
5 플래시 램프 하우스 6 처리 챔버
7 유지부 10 이재 기구
31 계수부 32 판정부
33 입력부 34 표시부
35 자기 디스크 65 열처리 공간
74 서셉터 100 열처리 장치
101 인덱서부 110 로드 포트
110a 제1 로드 포트 110b 제2 로드 포트
110c 제3 로드 포트 120 수도 로봇
130, 140 냉각부 150 반송 로봇
151a, 151b 반송 핸드 160 열처리부
C 캐리어 DC 더미 캐리어
DW 더미 웨이퍼 FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프 W 반도체 웨이퍼

Claims (5)

  1. 더미 웨이퍼의 열처리를 관리하는 열처리 방법으로서,
    더미 웨이퍼에 대한 열처리의 횟수의 역치인 상한값 및 하한값을 설정하는 설정 공정과,
    제품 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 더미 웨이퍼의 열처리를 행하는 더미 처리 공정을 구비하고,
    제품 웨이퍼의 처리 개시 준비가 완료된 시점에서의 더미 웨이퍼의 열처리 횟수가 상기 하한값 미만일 때에는 상기 열처리 횟수가 상기 하한값에 도달할 때까지 더미 웨이퍼의 열처리를 계속하고, 상기 열처리 횟수가 상기 하한값 이상 또한 상기 상한값 이하일 때에는 더미 웨이퍼의 열처리를 정지하고 제품 웨이퍼의 처리를 개시하며, 상기 열처리 횟수가 상기 상한값을 초과했을 때에는 제품 웨이퍼의 처리를 중지하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 더미 처리 공정에서는, 처리 대상이 되는 제품 웨이퍼의 처리 레시피에 관련지어진 더미 레시피에 따라서 더미 웨이퍼의 열처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 더미 웨이퍼의 열처리를 관리하는 열처리 장치로서,
    더미 웨이퍼에 열처리를 행하는 열처리부와,
    더미 웨이퍼에 대한 열처리의 횟수의 역치인 상한값 및 하한값을 설정하는 설정부와,
    제품 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 더미 웨이퍼의 열처리를 실행함과 함께, 제품 웨이퍼의 처리 개시 준비가 완료된 시점에서의 상기 열처리부에 있어서의 더미 웨이퍼의 열처리 횟수가 상기 하한값 미만일 때에는 상기 열처리 횟수가 상기 하한값에 도달할 때까지 더미 웨이퍼의 열처리를 계속하고, 상기 열처리 횟수가 상기 하한값 이상 또한 상기 상한값 이하일 때에는 더미 웨이퍼의 열처리를 정지하고 제품 웨이퍼의 처리를 개시하며, 상기 열처리 횟수가 상기 상한값을 초과했을 때에는 제품 웨이퍼의 처리를 중지하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    처리 대상이 되는 제품 웨이퍼의 처리 레시피와, 상기 제품 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 열처리를 실행하는 더미 웨이퍼의 더미 레시피를 관련지어 기억하는 기억부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    더미 웨이퍼를 수용한 더미 캐리어 전용의 로드 포트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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