KR102354609B1 - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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다카히로 기타자와
마오 오모리
가즈히코 후세
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 플래시광 조사시에 있어서의 기판의 깨짐을 간이한 구성으로 검출할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 플래시광 조사에 의해서 반도체 웨이퍼의 표면을 급속히 가열한다. 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼의 표면 온도를 일정 간격으로 측정하고, 그들을 차례로 축적함으로써 온도 프로파일을 취득한다. 그 온도 프로파일로부터 특성값으로서 평균값 및 표준 편차를 산정한다. 온도 프로파일의 평균값이 복수의 반도체 웨이퍼에 대한 총 평균으로부터 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 온도 프로파일의 표준 편차가 복수의 반도체 웨이퍼에 대한 총 평균으로부터 5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때에 반도체 웨이퍼가 깨져 있다고 판정한다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형상 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라 칭한다)에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 내에 pn 접합을 형성하기 위한 필수의 공정이다. 현재, 불순물 도입은, 이온 주입법과 그 후의 어닐링법에 의해서 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 주입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P)이라고 하는 불순물의 원소를 이온화시키고 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐링 처리에 의해서 활성화된다. 이때에, 어닐링 시간이 몇 초 정도 이상이면, 주입된 불순물이 열에 의해서 깊게 확산되어, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어져서 양호한 디바이스 형성에 지장을 줄 우려가 있다.
그래서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐링 기술로서, 최근 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 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 표면만을 매우 단시간(수밀리초 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 승온하는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 매우 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온할 수 있는 것도 판명되어 있다. 이로 인해, 크세논 플래시 램프에 의한 매우 단시간의 승온이면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
이러한 플래시 램프를 사용한 열처리 장치에 있어서는, 매우 높은 에너지를 갖는 플래시광을 순간적으로 반도체 웨이퍼의 표면에 조사하기 때문에, 순식간에 반도체 웨이퍼의 표면 온도가 급속히 상승하는 한편으로 이면 온도는 그 정도까지는 상승하지 않는다. 이로 인해, 반도체 웨이퍼의 표면에만 급격한 열팽창이 생겨 반도체 웨이퍼가 상면이 볼록하게 휘도록 변형된다. 그리고, 다음 순간에는 반동으로 반도체 웨이퍼가 하면이 볼록하게 휘도록 변형되고 있었다.
반도체 웨이퍼가 상면이 볼록하게 변형되었을 때에는, 웨이퍼의 단 가장자리부가 서셉터에 충돌한다. 반대로, 반도체 웨이퍼가 하면이 볼록하게 변형되었을 때에는, 웨이퍼의 중앙부가 서셉터에 충돌하게 되어 있었다. 그 결과, 서셉터에 충돌한 충격에 의해서 반도체 웨이퍼가 깨진다고 하는 문제가 있었다.
플래시 가열시에 웨이퍼 깨짐이 생겼을 때에는, 그 깨짐을 신속히 검출하고 후속의 반도체 웨이퍼의 투입을 정지함과 더불어, 챔버 내의 청소를 행할 필요가 있다. 또, 웨이퍼 깨짐에 의해서 발생한 파티클이 챔버 외로 비산하여 후속의 반도체 웨이퍼에 부착되는 등의 폐해를 방지하는 관점에서도, 플래시 가열 직후의 챔버의 반출입구를 개방하기 전에 챔버 내에서 반도체 웨이퍼의 깨짐을 검출하는 것이 바람직하다.
이로 인해, 예를 들어 특허 문헌 1에는, 플래시 가열 처리를 행하는 챔버에 마이크로폰을 설치하여, 반도체 웨이퍼가 깨질 때의 소리를 검지함으로써 웨이퍼 깨짐을 판정하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는, 반도체 웨이퍼의 반송 경로에 광학 센서를 설치하여, 반도체 웨이퍼의 윤곽 형상을 측정함으로써 웨이퍼 깨짐을 검출하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 3에는, 반도체 웨이퍼로부터의 반사광을 도광 로드에 의해서 수광하여, 그 반사광의 강도로부터 웨이퍼 깨짐을 검출하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2009-231697호 공보 일본국 특허공개 2013-247128호 공보 일본국 특허공개 2015-130423호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 반도체 웨이퍼가 깨진 음향만을 추출하기 위한 필터링이 어렵다고하는 문제가 있었다. 또, 특허 문헌 2에 개시된 기술에서는, 반도체 웨이퍼를 반송하는 반송 로봇의 핸드의 형상에 제한을 주어 버린다고 하는 문제가 있었다. 또한, 특허 문헌 3에 개시된 기술에서는, 도광 로드를 회전시키는 공정이 플래시광 조사의 전후로 2회 필요하기 때문에, 스루풋이 악화된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플래시광 조사시에 있어서의 기판의 깨짐을 간이한 구성으로 검출할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 플래시 램프로부터 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시광 조사 공정과, 상기 플래시광을 조사한 후의 소정 기간의 상기 기판의 표면 온도를 측정하여 온도 프로파일을 취득하는 온도 측정 공정과, 상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 검출 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 플래시 램프로부터 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시광 조사 공정과, 상기 플래시광의 조사를 개시하고 나서 소정 기간의 상기 기판의 표면 온도를 측정하여 온도 프로파일을 취득하는 온도 측정 공정과, 상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 검출 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 검출 공정에서는, 상기 온도 프로파일의 특성값이 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 특성값은, 상기 온도 프로파일의 평균값 및 표준 편차이며, 상기 검출 공정에서는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 상기 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 4의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 검출 공정에서는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 상기 프로파일의 표준 편차가 5σ의 범위를 초과하고 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 3의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 검출 공정은, 상기 특성값을 선택하고 설정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 검출 공정에서는, 상기 플래시광의 조사를 개시하고 나서 상기 기판의 표면 온도가 승온을 계속하는 시간이 상기 플래시 램프의 플래시광 조사 시간과 소정값 이상 괴리하는 경우에는 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 검출 공정에서는, 상기 기판보다 전에 처리된 기판의 표면 온도를 측정하여 취득된 기준 온도 프로파일과 상기 온도 프로파일을 비교하여 상기 기판의 깨짐을 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 온도 측정 공정에서는, 상기 기판의 표면으로부터 방사된 파장 5㎛ 이상 6.5μm 이하의 적외광의 강도로부터 상기 기판의 표면 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버에 수용된 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 기판의 표면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 표면의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사한 후의 소정 기간에 상기 방사 온도계에 의해서 측정된 상기 기판의 표면 온도의 온도 프로파일을 취득하는 프로파일 취득부와, 상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 해석부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 11의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버에 수용된 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 기판의 표면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 표면의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 플래시 램프로부터 플래시광의 조사를 개시하고 나서의 소정 기간에 상기 방사 온도계에 의해서 측정된 상기 기판의 표면 온도의 온도 프로파일을 취득하는 프로파일 취득부와, 상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 해석부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 12의 발명은, 청구항 10 또는 청구항 11의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 해석부는, 상기 온도 프로파일의 특성값이 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 13의 발명은, 청구항 12의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 특성값은, 상기 온도 프로파일의 평균값 및 표준 편차이며, 상기 해석부는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 상기 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 14의 발명은, 청구항 13의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 해석부는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 상기 프로파일의 표준 편차가 5σ의 범위를 초과하고 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 15의 발명은, 청구항 12의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 특성값을 설정하는 설정부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 16의 발명은, 청구항 11의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 해석부는, 상기 플래시광의 조사를 개시하고 나서 상기 기판의 표면 온도가 승온을 계속하는 시간이 상기 플래시 램프의 플래시광 조사 시간과 소정값 이상 괴리하는 경우에는 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 17의 발명은, 청구항 10 또는 청구항 11의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 해석부는, 상기 기판보다 전에 처리된 기판의 표면 온도를 측정하여 취득된 기준 온도 프로파일과 상기 온도 프로파일을 비교하여 상기 기판의 깨짐을 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 18의 발명은, 청구항 10 또는 청구항 11의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 방사 온도계는, 상기 기판의 표면으로부터 방사된 파장 5㎛ 이상 6.5㎛ 이하의 적외광의 강도로부터 상기 기판의 표면 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 9의 발명에 의하면, 플래시광을 조사한 후 또는 플래시광의 조사를 개시하고 나서 소정 기간의 기판의 표면 온도를 측정하여 취득된 온도 프로파일을 해석하여 기판의 깨짐을 검출하기 때문에, 플래시광 조사시에 있어서의 기판의 깨짐을 간이한 구성으로 검출할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 플래시광의 조사를 개시하고 나서의 온도 프로파일로부터 기판의 깨짐을 검출하고 있기 때문에, 플래시광 조사 중의 기판의 깨짐을 보다 확실히 검출할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 기판이 깨져 있다고 판정하기 때문에, 깨짐 판정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
청구항 10 내지 청구항 18의 발명에 의하면, 플래시 램프로부터 플래시광을 조사한 후 또는 플래시광의 조사를 개시하고 나서의 소정 기간에 방사 온도계에 의해서 측정된 기판의 표면 온도의 온도 프로파일을 해석하여 기판의 깨짐을 검출하기 때문에, 플래시광 조사시에 있어서의 기판의 깨짐을 간이한 구성으로 검출할 수 있다.
특히, 청구항 11의 발명에 의하면, 플래시광의 조사를 개시하고 나서의 온도 프로파일로부터 기판의 깨짐을 검출하고 있기 때문에, 플래시광 조사 중의 기판의 깨짐을 보다 확실히 검출할 수 있다.
특히, 청구항 13의 발명에 의하면, 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 기판이 깨져 있다고 판정하기 때문에, 깨짐 판정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 유지부의 전체 외관을 도시하는 사시도이다.
도 3은 서셉터의 평면도이다.
도 4는 서셉터의 단면도이다.
도 5는 이재 기구의 평면도이다.
도 6은 이재 기구의 측면도이다.
도 7은 복수의 할로겐 램프의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 8은 상부 방사 온도계의 주요부를 구비하는 고속 방사 온도계 유닛의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 9는 반도체 웨이퍼의 처리 순서를 도시하는 플로차트이다.
도 10은 플래시광 조사시에 있어서의 반도체 웨이퍼의 표면 온도의 온도 프로파일의 일례를 도시하는 도이다.
도 11은 온도 프로파일의 평균값에 의거하는 깨짐 판정을 설명하기 위한 도이다.
도 12는 온도 프로파일의 표준 편차에 의거하는 깨짐 판정을 설명하기 위한 도이다.
도 13은 상부 방사 온도계의 광축과 반도체 웨이퍼의 주면이 이루는 각도가 반도체 웨이퍼의 겉보기 방사율에 주는 영향을 도시하는 도이다.
도 14는 반도체 웨이퍼의 승온 계속 시간에 의거하는 깨짐 판정을 설명하기 위한 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(1)의 구성을 도시하는 종단면도이다. 도 1의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판 형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 플래시광 조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 φ300mm나 φ450mm이다(본 실시 형태에서는 φ300mm). 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있고, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해서 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장하거나 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 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 갖고 있고, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되며, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되고 있다. 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버창(63)은, 석영에 의해서 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 마루부를 구성하는 하측 챔버창(64)도, 석영에 의해서 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사링(68)이 장착되고, 하부에는 반사링(69)이 장착되어 있다. 반사링(68, 69)은, 모두 원환형상으로 형성되어 있다. 상측의 반사링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시 생략된 비스로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사링(68, 69)은, 모두 착탈 자유롭게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버창(63), 하측 챔버창(64), 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)에 의해서 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사링(68)의 하단면과, 반사링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라서 원환형상으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 위요한다. 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료(예를 들어, 스테인리스스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로구)(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. 이로 인해, 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.
또한, 챔버 측부(61)에는, 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)이 뚫려 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 상부 방사 온도계(25)의 적외선 센서(91)로 이끌기 위한 원통형상의 구멍이다. 한편, 관통 구멍(61b)은, 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 하부 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통형상의 구멍이다. 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)은, 그들 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하듯이, 수평 방향에 대해서 경사하여 설치되어 있다. 관통 구멍(61a)의 열처리 공간(65)을 향하는 측의 단부에는, 상부 방사 온도계(25)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 플루오르화칼슘 재료로 이루어지는 투명창(26)이 장착되어 있다. 또, 관통 구멍(61b)의 열처리 공간(65)을 향하는 측의 단부에는, 하부 방사 온도계(20)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 플루오르화바륨 재료로 이루어지는 투명창(21)이 장착되어 있다.
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, 반사링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형상으로 형성된 완충 공간(82)을 개재하여 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) 내로 퍼지도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로는, 예를 들어 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스, 혹은 그들을 혼합한 혼합 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 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, 반사링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형상으로 형성된 완충 공간(87)을 개재하여 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 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, 챔버(6)의 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형상인 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기부(190)는, 열처리 장치(1)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(1)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 개재하여 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 개재하여 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 도시하는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대링(71)은 원환형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓여짐으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워져 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대링(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), 가이드링(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 갖는다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드링(76)이 설치되어 있다. 가이드링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 부재이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해서 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드링(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 가이드링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드링(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 세워져 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라서 30°마다 합계 12개의 기판 지지핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 12개의 기판 지지핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지핀(77)간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 지름보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 돌아와, 기대링(71)에 세워져 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대링(71)이 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 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 올려놓여져 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 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 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지된다. 기판 지지핀(77)의 높이보다 가이드링(76)의 두께가 두껍다. 따라서, 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 벗어남은 가이드링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하에 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 하부 방사 온도계(20)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해서 설치되어 있다. 즉, 하부 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 챔버 측부(61)의 관통 구멍(61b)에 장착된 투명창(21)을 개재하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 당해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해서 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 뚫려 있다.
도 5는, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 6은, 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 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트핀(12)이 세워져 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트핀(12)은 석영으로 형성되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해서 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 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해서 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해서 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 뚫고 나온다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트핀(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 기대링(71)의 바로 위다. 기대링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓여져 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 생략된 배기 기구가 설치되어 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
도 1로 돌아와, 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수 개(본 실시 형태에서는 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 저부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 가열부(5)의 마루부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해서 형성된 판형상의 석영창이다. 플래시 가열부(5)가 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 개재하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 길이가 긴 원통형상을 갖는 봉형 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 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 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순식간에 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라고 하는 매우 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 매우 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 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 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)를 향하는 측의 면)은 블라스트 처리에 의해서 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수 개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해서 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버창(64)을 개재하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 광조사부이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 도시하는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어서 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치됨과 더불어, 상단보다 유지부(7)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 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 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 7에 도시하는 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 높아지고 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이로 인해, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열시에 온도 저하가 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 의해서 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 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 있다고 하는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 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 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 상기의 여러 가지의 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 판독 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 자유로운 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하고 있다.제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에 있어서의 처리가 진행된다.
또, 도 1에 도시하는 바와 같이 열처리 장치(1)는, 상부 방사 온도계(25) 및 하부 방사 온도계(20)를 구비한다. 상부 방사 온도계(25)는, 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된 순간의 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 급격한 온도 변화를 측정하기 위한 고속 방사 온도계이다.
도 8은, 상부 방사 온도계(25)의 주요부를 포함하는 고속 방사 온도계 유닛(90)의 구성을 도시하는 블럭도이다. 상부 방사 온도계(25)의 적외선 센서(91)는, 그 광축이 관통 구멍(61a)의 관통 방향의 축과 일치하도록, 챔버 측부(61)의 외벽면에 장착되어 있다. 적외선 센서(91)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 플루오르화칼슘의 투명창(26)을 개재하여 수광한다. 적외선 센서(91)는, InSb(인듐안티몬)의 광학 소자를 구비하고 있고, 그 측정 파장역은 5㎛~6.5㎛이다. 플루오르화칼슘의 투명창(26)은 적외선 센서(91)의 측정 파장역의 적외광을 선택적으로 투과한다. InSb 광학 소자는, 수광한 적외광의 강도에 따라 저항이 변화한다. InSb 광학 소자를 구비한 적외선 센서(91)는, 응답 시간이 매우 짧고 샘플링 간격이 현저하게 단시간(예를 들어, 약 40마이크로세컨드)의 고속 측정이 가능하다. 적외선 센서(91)는 고속 방사 온도계 유닛(90)과 전기적으로 접속되어 있고, 수광에 응답하여 생긴 신호를 고속 방사 온도계 유닛(90)에 전달한다.
고속 방사 온도계 유닛(90)은, 신호 변환 회로(92), 증폭 회로(93), A/D 컨버터(94), 온도 변환부(95), 특성값 산정부(96) 및 기억부(97)를 구비한다. 신호 변환 회로(92)는, 적외선 센서(91)의 InSb 광학 소자에서 발생한 저항 변화를 전류 변화, 전압 변화의 순으로 신호 변환을 행하여, 최종적으로 취급이 용이한 전압의 신호로 변환하여 출력하는 회로이다. 신호 변환 회로(92)는, 예를 들어 오피 앰프를 이용하여 구성된다. 증폭 회로(93)는, 신호 변환 회로(92)로부터 출력된 전압 신호를 증폭하여 A/D 컨버터(94)에 출력한다. A/D 컨버터(94)는, 증폭 회로(93)에 의해서 증폭된 전압 신호를 디지털 신호로 변환한다.
온도 변환부(95) 및 특성값 산정부(96)는, 고속 방사 온도계 유닛(90)의 CPU(도시 생략)가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 온도 변환부(95)는, A/D 컨버터(94)로부터 출력된 신호, 즉 적외선 센서(91)가 수광한 적외광의 강도를 나타내는 신호에 소정의 연산 처리를 행하여 온도로 변환한다. 온도 변환부(95)에 의해서 구해진 온도가 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도이다. 또한, 적외선 센서(91), 신호 변환 회로(92), 증폭 회로(93), A/D 컨버터(94), 및, 온도 변환부(95)에 의해서 상부 방사 온도계(25)가 구성된다. 하부 방사 온도계(20)도, 상부 방사 온도계(25)와 대체로 동일한 구성을 구비하는데, 고속 측정에 대응하고 있지 않아도 된다.
또, 온도 변환부(95)는, 취득한 온도 데이터를 기억부(97)에 기억한다. 기억부(97)로는, 자기 디스크나 메모리 등의 공지의 기억 매체를 이용할 수 있다. 일정 간격으로 샘플링한 온도 데이터를 온도 변환부(95)가 차례로 기억부(97)에 축적함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도의 시간 변화를 나타내는 온도 프로파일이 취득된다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 고속 방사 온도계 유닛(90)은 열처리 장치(1) 전체의 콘트롤러인 제어부(3)와 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(3)는, 깨짐 판정부(31)를 구비한다. 깨짐 판정부(31)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 고속 방사 온도계 유닛(90)의 특성값 산정부(96) 및 제어부(3)의 깨짐 판정부(31)의 처리 내용에 대해서는 추가로 후술한다.
또, 제어부(3)에는 표시부(32) 및 입력부(33)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 표시부(32)에 여러 가지의 정보를 표시한다. 입력부(33)는, 열처리 장치(1)의 오퍼레이터가 제어부(3)에 여러 가지의 커멘드나 파라미터를 입력하기 위한 기기이다. 오퍼레이터는 입력부(33)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 처리 조건을 기술한 처리 레시피의 조건 설정을 행할 수도 있다. 표시부(32) 및 입력부(33)로는, 예를 들어, 열처리 장치(1)의 외벽에 설치된 액정의 터치 패널을 채용할 수 있다.
상기의 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 과잉인 온도 상승을 방지하기 위해, 여러가지 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들어, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하고 배열하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되고, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음에, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서에 대해 설명한다. 도 9는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서를 도시하는 플로차트이다. 여기서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해서 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(1)에 의한 플래시광 조사 가열 처리(어닐링)에 의해서 실행된다. 이하에 설명하는 열처리 장치(1)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
우선, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되고 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. 이것에 의해서, 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 생략된 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 있고, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적당히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해서 반송 개구부(66)를 개재하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다(단계 S1). 이때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 수반하여 장치 외부의 분위기를 말려들게 할 우려가 있으나, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되고, 그러한 외부 분위기의 말려듬을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇에 의해서 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 윗 위치까지 진출하여 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 관통 구멍(79)을 지나 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 뚫고 나와 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단보다 상방에까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트핀(12)에 올려놓여진 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출하고, 게이트 밸브(185)에 의해서 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 수도되고 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면이 상면으로서 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방에까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측에 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(단계 S2). 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되고 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 될 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 하부 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 개재하여 방사된 적외광을 투명창(21)을 통해 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 의해서 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 이와 같이, 하부 방사 온도계(20)는, 예비 가열시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 제어를 위한 방사 온도계이다. 예비 가열 온도(T1)는, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해서 확산될 우려가 없는, 200℃ 내지 800℃ 정도, 바람직하게는 350℃ 내지 600℃ 정도가 된다(본 실시 형태에서는 600℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도(T1)에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 하부 방사 온도계(20)에 의해서 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도(T1)에 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도(T1)로 균일하게 승온하고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있는데, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 기판(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아지고 있다. 이로 인해, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아지며, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사를 행하기 직전에 상부 방사 온도계(25)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 측정을 개시한다(단계 S3). 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터는 그 온도에 따른 강도의 적외광이 방사되고 있다. 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터 방사된 적외광은 투명창(26)을 투과하여 상부 방사 온도계(25)의 적외선 센서(91)에 의해서 수광된다.
적외선 센서(91)의 InSb 광학 소자에는, 수광한 적외광의 강도에 따른 저항 변화가 발생한다. 적외선 센서(91)의 InSb 광학 소자에 생긴 저항 변화는 신호 변환 회로(92)에 의해서 전압 신호로 변환된다. 신호 변환 회로(92)로부터 출력된 전압 신호는, 증폭 회로(93)에 의해서 증폭된 후, A/D 컨버터(94)에 의해서 컴퓨터가 취급하기에 적절한 디지털 신호로 변환된다. 그리고, A/D 컨버터(94)로부터 출력된 신호에 온도 변환부(95)가 소정의 연산 처리를 실시하여 온도 데이터로 변환한다. 즉, 상부 방사 온도계(25)는, 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터 방사된 적외광을 수광하여, 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하는 것이다.
본 실시 형태에 있어서는, 상부 방사 온도계(25)가 InSb 광학 소자를 이용한 고속 방사 온도계이며, 상부 방사 온도계(25)는 40마이크로세컨드의 매우 짧은 샘플링 간격으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정한다. 그리고, 상부 방사 온도계(25)는, 일정 간격으로 측정한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 데이터를 차례로 기억부(97)에 축적한다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다(단계 S4). 이때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해서 반사되고 나서 챔버(6) 내로 향하며, 이들 플래시광의 조사에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해서 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 매우 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해서 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도(T2)까지 상승하고, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물이 활성화된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 열처리 장치(1)에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 매우 단시간에 승강할 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 시간에 비해 매우 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 생기지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
플래시 가열에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 급속히 상승하고 하강할 때에도, 그 표면 온도는 상부 방사 온도계(25)에 의해서 측정되고 있다. 상부 방사 온도계(25)는 40마이크로 세컨드의 매우 짧은 샘플링 간격으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하기 때문에, 플래시광 조사시에 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 급격하게 변화해도, 그 변화에 추종하는 것이 가능하다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 4밀리세컨드로 승강온했다고 해도, 상부 방사 온도계(25)는 그 사이에 100점의 온도 데이터를 취득할 수 있다. 상부 방사 온도계(25)는, 플래시 램프(FL)가 플래시광을 조사하고 나서 미리 설정된 소정 기간(예를 들어, 120밀리세컨드) 동안, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하여 온도 데이터를 취득한다. 그리고, 상부 방사 온도계(25)는, 취득한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 데이터를 차례로 기억부(97)에 축적한다. 이것에 의해서, 플래시광 조사시에 있어서의, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 온도 프로파일이 작성되게 된다(단계 S5).
도 10은, 플래시광 조사시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 온도 프로파일의 일례를 도시하는 도이다. 도 10에 도시하는 것은, 플래시광 조사시에 반도체 웨이퍼(W)가 깨지지 않고, 정상으로 플래시 가열 처리가 행해진 경우의 온도 프로파일예이다. 시각(t0)에 플래시 램프(FL)가 발광하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광이 조사되고, 순간적으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 예비 가열 온도(T1)로부터 처리 온도(T2)에까지 상승하고 나서 급속히 하강한다. 그 후, 도 10에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 측정 온도가 미소한 진폭으로 변동한다. 이러한 측정 온도의 미소한 변동이 생기는 것은, 플래시광 조사 후에 서셉터(74) 상에서 반도체 웨이퍼(W)가 진동하는 것에 기인하는 것이라고 생각된다. 즉, 플래시광 조사시에는, 매우 조사 시간이 짧고 높은 에너지를 갖는 플래시광을 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 조사하기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 온도는 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도(T2)에까지 상승하는 한편, 그 순간의 이면의 온도는 예비 가열 온도(T1)로부터 그다지 상승하지 않는다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에만 급격한 열팽창이 생기고, 이면은 거의 열팽창하지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)가 표면이 볼록해지도록 순간적으로 휜다. 그리고, 다음의 순간에는, 그 휨이 돌아오도록 반도체 웨이퍼(W)가 변형하고, 이러한 거동을 반복함으로써 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74) 상에서 진동한다. 상부 방사 온도계(25)의 적외선 센서(91)는, 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치되어 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)가 진동하면 적외선 센서(91)로부터 본 웨이퍼 표면의 방사율이 변동하게 되며, 그 결과 상부 방사 온도계(25)에 의한 측정 온도가 미소하게 변동하는 것이다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 진동에 기인하여 상부 방사 온도계(25)에 의한 측정 온도는 변동하고 있지만, 실제의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 변동하고 있는 것은 아니다.
플래시광 조사시에 반도체 웨이퍼(W)가 깨지지 않고, 정상으로 플래시 가열 처리가 행해진 경우에는, 높은 재현성으로 도 10에 도시하는 온도 프로파일이 얻어진다. 한편, 플래시광 조사시에 반도체 웨이퍼(W)에 깨짐이 발생한 경우에는, 온도 프로파일에 이상인 측정 데이터가 출현하게 된다. 그래서, 제1 실시 형태에 있어서는, 온도 프로파일을 통계적으로 해석하여 이상인 측정 데이터를 식별함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 검출하고 있다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 작성된 온도 프로파일로부터 특성값 산정부(96)가 특성값을 산정한다(단계 S6). 특성값은, 온도 프로파일을 통계 처리할 때의 통계량이며, 본 실시 형태에 있어서는 온도 프로파일의 평균값 및 표준 편차이다. 구체적으로는, 특성값 산정부(96)는, 시각(t1)부터 시각(t2)의 기간 내에 있어서의 온도 프로파일의 평균값 및 표준 편차를 특성값으로서 산정한다. 산정 기간의 초기인 시각(t1)은, 예를 들어 플래시 램프(FL)가 발광한 시각(t0)으로부터 30밀리세컨드 경과 후이다. 산정 기간의 초기인 시각(t1)을 플래시 램프(FL)가 발광하는 시각(t0)보다 늦추는 것은, 플래시 가열에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 승강을 산정 기간에 포함하면 특성값에 영향을 주기 때문이다. 또, 산정 기간의 종기인 시각(t2)은, 예를 들어 플래시 램프(FL)가 발광한 시각(t0)으로부터 100밀리세컨드 경과 후이다. 따라서, 특성값 산정부(96)가 특성값을 산정하는 산정 기간(t2-t1)은 70밀리세컨드이며, 플래시광 조사 후에 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 안정된 기간이다.
다음에, 특성값 산정부(96)에 의해서 산정된 특성값에 의거하여, 제어부(3)의 깨짐 판정부(31)가 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐 판정을 행한다(단계 S7). 깨짐 판정부(31)는, 온도 프로파일의 특성값이 소정의 범위로부터 벗어나 있는지의 여부를 판정하여 깨짐 판정을 행한다. 도 11은, 온도 프로파일의 평균값에 의거하는 깨짐 판정을 설명하기 위한 도이다. 도 11은, 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 작성한 온도 프로파일의 평균값을 플롯한 것이다. 또한, 온도 프로파일의 평균값은, 상기와 마찬가지로, 시각(t1)부터 시각(t2)까지의 산정 기간 내에 있어서의 온도 프로파일의 평균값이며, 이후 「프로파일 평균값」으로 칭한다.
도 11의 횡축에는, 복수의 반도체 웨이퍼(W)마다의 데이터점을 나타내고, 도 11의 종축에는 온도 프로파일의 평균값을 나타낸다. 상방 관리 한계값(U1)은, 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 평균값의 총 평균에 그들 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 평균값의 표준 편차(σ)를 5배한 값을 가산한 것이다. 한편, 하방 관리 한계값(L1)은, 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 평균값의 총 평균으로부터 그들 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 평균값의 표준 편차(σ)를 5배한 값을 감산한 것이다. 즉, 도 11의 점선에 끼인 범위가 프로파일 평균값의 총 평균으로부터 ±5σ의 범위이다.
깨짐 판정부(31)는, 어느 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사했을 때에 얻어진 온도 프로파일의 평균값이 프로파일 평균값의 총 평균으로부터 ±5σ의 범위 내에 들어가 있을 때는 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있지 않다고 판정하고, 당해 범위로부터 벗어나 있을 때에는 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정한다. 도 11에 도시하는 예에서는, 데이터점(A1)으로 나타내는 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 평균값이 상방 관리 한계값(U1)보다 커지고 있다. 또, 데이터점(A2)으로 나타내는 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 평균값이 하방 관리 한계값(L1)보다 작아지고 있다. 즉, 데이터점(A1, A2)으로 나타내는 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 평균값이 프로파일 평균값의 총 평균으로부터 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있고, 깨짐 판정부(31)는 이들 2장의 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정한다.
한편, 도 12는, 온도 프로파일의 표준 편차에 의거하는 깨짐 판정을 설명하기 위한 도이다. 도 12는, 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 작성한 온도 프로파일의 표준 편차를 플롯한 것이다. 또한, 온도 프로파일의 표준 편차란, 상기와 마찬가지로, 시각(t1)부터 시각(t2)까지의 산정 기간 내에 있어서의 온도 프로파일의 표준 편차이며, 이후 「프로파일 표준 편차」라고 칭한다.
도 12의 횡축에는, 복수의 반도체 웨이퍼(W)마다의 데이터점을 나타내고, 도 12의 종축에는 온도 프로파일의 표준 편차를 나타낸다. 상방 관리 한계값(U2)은, 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 표준 편차의 총 평균에 그들 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 표준 편차의 표준 편차(σ)를 5배한 값을 가산한 것이다. 즉, 도 12의 점선보다 아래의 범위가 프로파일 표준 편차의 총 평균으로부터 5σ의 범위이다. 또한, 프로파일 표준 편차에 대해서는, 가장 측정 온도의 변동이 적을 때가 0이며, 하방 관리 한계값의 개념은 존재하지 않는다.
깨짐 판정부(31)는, 어느 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사했을 때에 얻어진 온도 프로파일의 표준 편차가 프로파일 표준 편차의 총 평균으로부터 5σ의 범위 내에 들어가 있을 때에는 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있지 않다고 판정하고, 당해 범위로부터 벗어나 있을 때에는 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정한다. 도 12에 도시하는 예에서는, 데이터점(B1)으로 나타내는 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 표준 편차가 상방 관리 한계값(U2)보다 커져 있다. 즉, 데이터점(B1)으로 나타내는 반도체 웨이퍼(W)의 프로파일 표준 편차가 프로파일 표준 편차의 총 평균으로부터 5σ의 범위로부터 벗어나 있고, 깨짐 판정부(31)는 당해 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정한다.
또, 깨짐 판정부(31)는, 2개의 특성값인 평균값과 표준 편차에 대해 「OR 판정」을 행한다. 즉, 깨짐 판정부(31)는, 어느 반도체 웨이퍼(W)에 대한 온도 프로파일의 평균값이 프로파일 평균값의 총 평균으로부터 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 당해 온도 프로파일의 표준 편차가 프로파일 표준 편차의 총 평균으로부터 5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때에 그 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정한다. 이와 같이 하고 있는 것은, 어느 한쪽의 특성값에만 대한 판정에서는, 실제로는 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있음에도 불구하고, 깨져 있지 않다고 판정될 우려가 있기 때문이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)에 깨짐이 생긴 결과로서 플래시광 조사 후의 측정 온도가 안정되고 통상보다 현저하게 높은 온도(또는 낮은 온도)가 된 경우에는, 평균값에 대한 판정이면 깨져 있다고 판정되지만, 표준 편차에 대한 판정에서는 깨져 있지 않다고 판정될 우려가 있다. 반대로, 반도체 웨이퍼(W)에 깨짐이 생긴 결과로서 플래시광 조사 후의 측정 온도가 통상의 온도를 사이에 두고 크게 상하로 변동한 경우에는, 표준 편차에 대한 판정이면 깨져 있다고 판정되지만, 평균값에 대한 판정에서는 깨져 있지 않다고 판정될 우려가 있다. 따라서, 평균값과 표준 편차에 대해 「OR 판정」을 행함으로써, 깨짐의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
도 9로 돌아와, 깨짐 판정부(31)가 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정했을 때에는, 단계 S8로부터 단계 S9로 진행되어, 제어부(3)가 열처리 장치(1)에 있어서의 처리를 중단하고, 챔버(6)에 반도체 웨이퍼(W)를 반출입 하는 반송계의 동작도 정지한다. 또, 제어부(3)가 표시부(32)에 웨이퍼 깨짐 발생의 경고를 발보하도록 해도 된다. 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생했을 때에는, 챔버(6) 내에 파티클이 발생하고 있기 때문에, 챔버(6)를 개방하여 청소 작업을 행한다.
한편, 깨짐 판정부(31)가 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)가 깨져있지 않다고 판정했을 때에는, 단계 S8로부터 단계 S10으로 진행되어, 반도체 웨이퍼(W)의 반출 처리가 행해진다. 구체적으로는, 플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이것에 의해서, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터 급속히 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)의 측정 결과보다 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지의 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하에까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 뚫고 나와 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해서 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트핀(12) 상에 올려놓여진 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해서 반출되며, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
본 실시 형태에 있어서는, 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 상부 방사 온도계(25)에 의해서 측정하여 온도 프로파일을 취득하고, 그 온도 프로파일의 평균값이 프로파일 평균값의 총 평균으로부터 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 당해 온도 프로파일의 표준 편차가 프로파일 표준 편차의 총 평균으로부터 5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때에 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정하고 있다. 즉, 열처리 장치(1)에 웨이퍼 깨짐 검출을 위한 특별한 하드웨어 구성을 추가하지 않고, 플래시광 조사시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 간이한 구성으로 검출하고 있는 것이다. 또, 간단한 통계 연산 처리에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 검출하고 있기 때문에, 스루풋을 저하시킬 염려도 없다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 온도 프로파일의 평균값과 표준 편차에 대해서 「OR 판정」을 행하고 있기 때문에, 플래시광 조사시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 상부 방사 온도계(25)의 측정 파장역이 5㎛ 이상 6.5㎛ 이하이다. 즉, 상부 방사 온도계(25)는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터 방사된 파장 5㎛ 이상 6.5㎛ 이하의 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하고 있다. 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐의 발생의 유무에 상관없이, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도 자체에는 큰 변동은 생기지 않는다. 반도체 웨이퍼(W)에 깨짐이 발생했을 때에, 온도 프로파일에 이상인 측정 데이터가 출현하는 것은, 깨진 파편이 정상시와는 상이한 거동(물리적 운동)을 하고 있기 때문이라고 생각된다. 구체적으로는, 상부 방사 온도계(25)의 광축과 깨진 파편이 이루는 각도가 정상시와는 상이한 값이 됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 겉보기 방사율이 크게 변화한 결과로서 이상인 측정 데이터가 얻어지는 것이다. 따라서, 깨짐을 정밀도 좋게 검출하기 위해서는, 상부 방사 온도계(25)에 의한 온도 측정은 반도체 웨이퍼(W)와의 각도 변화에 대해서는 민감할 필요가 있다. 한편, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에는 여러 가지의 패턴이나 박막이 형성되어 있는 경우가 많다. 반도체 웨이퍼(W)의 방사율은 이들 패턴이나 박막에 의해서도 영향을 받는 것인데, 깨짐 검출의 관점에서는, 상부 방사 온도계(25)에 의한 온도 측정은 패턴이나 막종의 변화의 영향은 받기 어려운 것이 바람직하다.
도 13은, 상부 방사 온도계(25)의 광축과 반도체 웨이퍼(W)의 주면이 이루는 각도가 반도체 웨이퍼(W)의 겉보기 방사율에 주는 영향을 도시하는 도이다. 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 막두께가 상이한 2종류의 박막을 형성하고, 상부 방사 온도계(25)의 광축과 반도체 웨이퍼(W)의 주면이 이루는 각도가 15°와 90°인 각각의 경우의 겉보기 방사율을 동 도면에 도시한다. 또, 도 13에는, 상부 방사 온도계(25)의 측정 파장역(5㎛~6.5㎛)에서의 반도체 웨이퍼(W)의 겉보기 방사율을 나타낸다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 5㎛ 이상 6.5㎛ 이하의 파장역에서는, 상부 방사 온도계(25)의 광축과 반도체 웨이퍼(W)의 주면의 이루는 각도가 변화하면 겉보기 방사율이 크게 변화하고 있다. 이것은, 상부 방사 온도계(25)의 측정 파장역의 범위에 있어서는, 상부 방사 온도계(25)에 의한 온도 측정이 반도체 웨이퍼(W)와의 각도 변화에 대해서는 민감한 것을 나타내고 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)에 깨짐이 발생하여 깨진 파편과 상부 방사 온도계(25)의 각도가 조금이라도 정상시와 상이하면, 겉보기 방사율이 변화하여 이상인 측정 데이터가 얻어진다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 정밀도 좋게 검출되게 된다. 한편, 각도 변화에 의한 영향에 비해 박막의 막두께에 의한 방사율로의 영향은 작다. 이것은, 상부 방사 온도계(25)에 의한 온도 측정은 패턴이나 막종의 변화의 영향은 받기 어려운 것을 나타내고 있다. 즉, 패턴이나 막종의 영향의 배제와 각도 변화에 대한 민감함을 양립하기 위해서, 상부 방사 온도계(25)의 측정 파장역이 5㎛ 이상 6.5㎛ 이하인 것은 적합하다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 상부 방사 온도계(25)가 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치되어 있고, 상부 방사 온도계(25)의 광축과 반도체 웨이퍼(W)의 주면과의 이루는 각도가 비교적 작다. 이로 인해, 상부 방사 온도계(25)의 검출 범위는 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 비교적 넓은 범위에 걸쳐서, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 검출하기 쉽다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 또, 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 상위한 것은 온도 프로파일에 있어서의 특성값의 산정 기간이다.
제2 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프(FL)가 플래시광의 조사를 개시한 도 10의 시각(t0)을 산정 기간의 초기로 하고 있다. 즉, 제2 실시 형태에서는, 플래시광의 조사를 개시하고 나서 소정 기간을 산정 기간으로 하고 있고, 플래시 가열에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 승강을 특성값의 산정 기간에 포함시키고 있는 것이다. 특성값의 산정 방법 및 특성값에 의거하는 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐의 판정 방법은 제1 실시 형태와 동일하다. 플래시광 조사 기간을 포함하는 온도 프로파일의 평균값이 프로파일 평균값의 총 평균으로부터 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 당해 온도 프로파일의 표준 편차가 프로파일 표준 편차의 총 평균으로부터 5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때에 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정하고 있다.
도 10으로부터 명백하듯이, 플래시 가열에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 승강은 온도 프로파일의 평균값, 표준 편차 등의 특성값에 큰 영향을 준다. 그러나, 반도체 웨이퍼(W)가 깨지지 않고 정상으로 처리된 경우에는, 플래시 가열에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 승강 패턴은 높은 재현성을 갖고 있고, 온도 프로파일의 특성값 자체는 안정된 것이 된다(특성값의 표준 편차는 제1 실시 형태와 동일한 정도로 작다). 따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 반도체 웨이퍼(W)에 깨짐이 발생하여 온도 프로파일에 이상인 측정 데이터가 출현한 경우에는, 온도 프로파일의 특성값이 소정의 범위로부터 벗어나게 된다. 이로 인해, 온도 프로파일의 특성값이 소정의 범위로부터 벗어나 있는지의 여부를 판정함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐 판정을 행할 수 있다.
오히려, 제2 실시 형태에 있어서는, 플래시광 조사 기간도 특성값의 산정 기간에 포함시키고 있기 때문에, 플래시광 조사 중에 반도체 웨이퍼(W)에 깨짐이 발생하여 이상인 측정 데이터가 얻어졌을 때에도, 온도 프로파일의 특성값이 소정의 범위로부터 벗어나게 된다. 이로 인해, 플래시광 조사 중에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 보다 확실히 검출할 수 있다. 특히, 플래시 램프(FL)의 조사 시간이 비교적 긴(6밀리세컨드 이상) 경우에는, 플래시광의 조사 중에 반도체 웨이퍼(W)가 깨질 염려가 있고, 제2 실시 형태와 같이 플래시광 조사 기간도 특성값의 산정 기간에 포함시키는 것이 적합하다.
특성값의 산정 기간을 제1 실시 형태와 같이 플래시광을 조사한 후의 소정 기간으로 할지, 제2 실시 형태와 같이 플래시광의 조사를 개시하고 나서의 소정 기간으로 할지는 열처리 장치(1)의 오퍼레이터가 입력부(33)로부터 적당히 입력하여 설정할 수 있다.
＜제3 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제3 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 또, 제3 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제3 실시 형태가 제1 실시 형태와 상위한 것은, 온도 프로파일에 의거하는 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐의 판정 방법이다.
제1 실시 형태와 마찬가지로, 플래시 램프(FL)에 의한 플래시광 조사를 행하기 전부터 상부 방사 온도계(25)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 측정을 개시한다. 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사가 개시되고 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 급속히 상승할 때에도, 그 표면 온도는 상부 방사 온도계(25)에 의해서 측정되고 있다. 기술한 바와 같이, 상부 방사 온도계(25)는 40마이크로세컨드의 매우 짧은 샘플링 간격으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하기 때문에, 플래시광 조사시에 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 급격하게 변화해도, 그 변화에 추종하는 것이 가능하다. 상부 방사 온도계(25)는, 취득한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 데이터를 차례로 기억부(97)에 축적한다. 이것에 의해서, 플래시광 조사시에 있어서의, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 온도 프로파일이 작성된다.
제3 실시 형태에서는, 플래시 램프(FL)가 플래시광의 조사를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 승온을 계속하는 시간에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정한다. 도 14는, 반도체 웨이퍼(W)의 승온 계속 시간에 의거하는 깨짐 판정을 설명하기 위한 도이다. 도 14에 도시하는 것은, 도 10과 동일하게, 플래시광 조사시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 온도 프로파일이다. 시각(t0)에 플래시 램프(FL)가 발광하여 플래시광 조사가 개시되는 것과 거의 동시에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 예비 가열 온도(T1)로부터 승온을 개시한다. 플래시광 조사 중에 반도체 웨이퍼(W)가 깨지지 않고, 정상으로 플래시 가열 처리가 행해진 경우, 플래시 램프(FL)의 플래시광 조사 시간(f)(플래시 램프(FL)의 발광 시간)과 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 승온을 계속하는 시간(d)은 대체로 일치한다.
그런데, 플래시광 조사 중에 반도체 웨이퍼(W)가 깨진 경우, 플래시 램프(FL)의 플래시광 조사 시간(f)과 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 승온을 계속하는 시간(d)에 괴리가 생긴다. 통상은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 승온 계속 시간(d)이 플래시광 조사 시간(f)보다 짧아진다. 제3 실시 형태에 있어서는, 깨짐 판정부(31)는, 플래시광의 조사를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 승온을 계속하는 시간(d)이 플래시 램프(FL)의 플래시광 조사 시간(f)과 소정값 이상 괴리하는 경우에는, 반도체 웨이퍼(W)가 깨졌다고 판정한다. 예를 들어, 승온 계속 시간(d)이 플래시광 조사 시간(f)과 ±10% 이상 괴리하는 경우에는, 반도체 웨이퍼(W)가 깨졌다고 판정된다.
제3 실시 형태에 있어서는, 처리 대상으로 되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 온도 프로파일만으로부터 플래시광 조사시에 있어서의 당해 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 검출하고 있다. 따라서, 제1 실시 형태와 같이, 다수의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 프로파일을 작성하고, 그들 특성값을 산정하여 관리 한계값을 구하는 공정이 불필요해진다.
플래시 램프(FL)의 플래시광 조사 시간(f)은, 플래시 램프(FL)의 회로 중에 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터(IGBT)를 장착하여 플래시 램프(FL)로의 통전을 온 오프 제어하거나, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해서 조정할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 플래시광 조사 시간(f)을 비교적 길게(6밀리세컨드 이상) 한 경우에는, 플래시광의 조사 중에 반도체 웨이퍼(W)가 깨질 염려가 있다. 제3 실시 형태의 깨짐 판정 방법은, 이러한 경우에 적합하다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서는, 온도 프로파일의 특성값으로서 평균값 및 표준 편차를 이용하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 다른 통계량을 이용해도 된다. 예를 들어, 온도 프로파일의 특성값으로서, 평균값을 대신하여 중앙값을 이용하고, 표준 편차를 대신하여 최대값과 최소값의 차인 레인지를 이용하도록 해도 된다.
또, 온도 프로파일의 특성값으로서, 예를 들어 온도 프로파일의 파형의 최대값, 최소값을 이용하도록 해도 된다. 온도 프로파일의 파형을 주기적인 정현파로서 파악할 수 있으면, 그 파의 주기, 주파수, 진폭 등을 특성값으로서 채용하도록 해도 된다. 혹은, 온도 프로파일의 파형을 펄스파로 간주한다면, 특성값으로서 듀티비, 반값 전체 폭, 반값 반폭, 최대 기울기 등을 이용하도록 해도 된다. 또한, 특성값으로서 온도 프로파일을 미분한 미분 파형의 평균값, 표준 편차, 중앙값, 레인지, 최대값, 최소값이나 파형의 적분값 등을 이용하도록 해도 된다.
웨이퍼 깨짐의 판정에 사용하는 특성값은 2개에 한정되는 것이 아니며, 상기 서술한 여러 가지의 특성값의 3개 이상이어도 되고, 1개뿐이어도 된다. 웨이퍼 깨짐의 판정에 사용하는 특성값의 수가 많아질수록 판정 정밀도는 향상하지만, 연산 처리에 필요로 하는 시간은 길어진다.
또, 웨이퍼 깨짐의 판정에 복수의 특성값을 이용하는 경우에는, 그들의 「OR 판정」에 한정되는 것이 아니며, 다른 논리 연산(예를 들어, AND, XOR 등)에 의한 판정을 행하도록 해도 된다. 무엇보다, 판정 정밀도를 높이는 관점에서는, 상기 실시 형태와 동일한 「OR 판정」이 바람직하다.
웨이퍼 깨짐의 판정에 어느 특성값을 몇 개 사용할지는, 오퍼레이터가 입력부(33)로부터 적당히 선택하여 처리 레시피 상에 설정할 수 있다. 또, 복수의 특성값을 이용하는 경우에는, 오퍼레이터가 입력부(33)로부터 「OR 판정」으로 할지 「AND 판정」으로 할지도 선택하여 설정할 수 있다. 이것에 의해서, 특성값을 변경하는 경우에도, 열처리 장치(1)마다 개조나 소프트웨어의 업그레이드가 불필요해진다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 관리 한계값을 5σ의 범위로 하고 있었는데, 이를 대신하여 보다 일반적인 3σ로 해도 된다.
또, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 거듭할 때마다 새로운 온도 프로파일이 얻어지기 때문에, 웨이퍼 깨짐 판정에 이용하는 관리 한계값을 재계산하여 순차 갱신하도록 해도 된다. 예를 들어, 동일 처리 조건으로 처리된 반도체 웨이퍼(W)에 대한 바로 옆 10000개의 온도 프로파일에 의거하여 관리 한계값을 산정하도록 해도 된다. 이와 같이 하면, 장치 부품의 경년 열화 등에 의해서 온도 프로파일이 변화했다고 해도, 그 변화에 추종하여 최적인 관리 한계값을 설정할 수 있다.
또, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)와 동일 처리 조건으로 직전(혹은 수장 전)에 처리된 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하여 취득된 온도 프로파일을 기준 온도 프로파일로 하고, 그 기준 온도 프로파일과 당해 처리 대상의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 프로파일을 비교하여 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하도록 해도 된다. 또한, 이 수법을 채용하는 경우에는, 그 직전(혹은 수장 전)의 반도체 웨이퍼(W)가 깨지지 않고 정상으로 처리된 것을 전제로 한다. 이와 같이 하면, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 다수의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 프로파일을 작성하여 관리 한계값을 구하는 공정을 불요로 할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 프로파일을 작성하는 것을 대신하여, 온도로 변환하기 전의 적외선 센서(91)의 출력값(즉, 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터 방사되는 적외광의 강도)의 프로파일을 작성하여 웨이퍼 깨짐 판정에 사용하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 상부 방사 온도계(25)를 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치함으로써 상부 방사 온도계(25)의 검출 범위(시야)를 넓히고 있었는데, 이것을 대신하여, 상부 방사 온도계(25)와 반도체 웨이퍼(W)의 거리를 길게 함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 있어서의 상부 방사 온도계(25)의 검출 범위를 넓히도록 해도 된다. 또한, 복수의 방사 온도계를 설치하거나, 혹은 방사 온도계에 복수의 적외선 센서를 설치함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 있어서의 검출 범위를 넓히도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의가 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니며, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것이 아니며, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형의 아크 램프(예를 들어, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하도록 하고 있었는데, 이것을 대신하여 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 서셉터를 핫 플레이트 상에 올려놓고, 그 핫 플레이트로부터의 열전도에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 예비 가열하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다. 또, 본 발명에 따르는 기술은, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
1: 열처리 장치 3: 제어부
4: 할로겐 가열부 5: 플래시 가열부
6: 챔버 7: 유지부
10: 이재 기구 20: 하부 방사 온도계
25: 상부 방사 온도계 31: 깨짐 판정부
33: 입력부 63: 상측 챔버창
64: 하측 챔버창 65: 열처리 공간
74: 서셉터 75: 유지 플레이트
77: 기판 지지핀 90: 고속 방사 온도계 유닛
91: 적외선 센서 95: 온도 변환부
96: 특성값 산정부 FL: 플래시 램프
HL: 할로겐 램프 W: 반도체 웨이퍼

Claims (18)

  1. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    플래시 램프로부터 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시광 조사 공정과,
    상기 플래시광을 조사한 후의 소정 기간의 상기 기판의 표면 온도를 측정하여 온도 프로파일을 취득하는 온도 측정 공정과,
    상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 검출 공정을 구비하며,
    상기 검출 공정에서는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 상기 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    플래시 램프로부터 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시광 조사 공정과,
    상기 플래시광의 조사를 개시하고 나서 상기 플래시광의 조사 기간을 포함하는 소정 기간의 상기 기판의 표면 온도를 측정하여 온도 프로파일을 취득하는 온도 측정 공정과,
    상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 검출 공정을 구비하며,
    상기 검출 공정에서는, 상기 온도 프로파일의 특성값이 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하고,
    상기 특성값은, 상기 온도 프로파일의 평균값 및 표준 편차이며,
    상기 검출 공정에서는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 상기 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 검출 공정에서는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 상기 프로파일의 표준 편차가 5σ의 범위를 초과하고 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 온도 측정 공정에서는, 상기 기판의 표면으로부터 방사된 파장 5㎛ 이상 6.5㎛ 이하의 적외광의 강도로부터 상기 기판의 표면 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  10. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버에 수용된 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 표면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 표면의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사한 후의 소정 기간에 상기 방사 온도계에 의해서 측정된 상기 기판의 표면 온도의 온도 프로파일을 취득하는 프로파일 취득부와,
    상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 해석부를 구비하며,
    상기 해석부는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 상기 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  11. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버에 수용된 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 표면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 표면의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 플래시 램프로부터 플래시광의 조사를 개시하고 나서 상기 플래시광의 조사 기간을 포함하는 소정 기간에 상기 방사 온도계에 의해서 측정된 상기 기판의 표면 온도의 온도 프로파일을 취득하는 프로파일 취득부와,
    상기 온도 프로파일을 해석하여 상기 기판의 깨짐을 검출하는 해석부를 구비하며,
    상기 해석부는, 상기 온도 프로파일의 특성값이 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하고,
    상기 특성값은, 상기 온도 프로파일의 평균값 및 표준 편차이며,
    상기 해석부는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 소정 범위로부터 벗어나 있거나, 또는, 상기 온도 프로파일의 표준 편차가 소정 범위로부터 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 해석부는, 상기 온도 프로파일의 평균값이 ±5σ의 범위로부터 벗어나 있을 때, 또는, 상기 프로파일의 표준 편차가 5σ의 범위를 초과하고 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 방사 온도계는, 상기 기판의 표면으로부터 방사된 파장 5㎛ 이상 6.5㎛ 이하의 적외광의 강도로부터 상기 기판의 표면 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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