KR102424749B1 - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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다카히로 야마다
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

(과제) 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 챔버 내에서 석영의 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼에 대해 할로겐 램프로부터의 광조사에 의해 예비 가열을 행한 후에, 플래시 램프로부터 플래시광을 조사한다. 예비 가열로 승온하는 반도체 웨이퍼의 온도를 끝가장자리부 방사 온도계로 측정함과 더불어, 서셉터의 온도를 중앙부 방사 온도계로 측정한다. 끝가장자리부 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 중앙부 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 급격히 변화하는 특이 변화점이 출현했을 때에, 반도체 웨이퍼에 휘어짐이 발생했다고 판정한다. 휘어짐이 발생했다고 판정된 반도체 웨이퍼에 대한 플래시 광조사를 생략하고 당해 반도체 웨이퍼를 챔버로부터 반출하고, 후속하는 반도체 웨이퍼를 챔버 내에 반입한다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판 형상 정밀 전자 기판(이하, 단순히 「기판」이라고 칭한다)에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 단순히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미함)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 매우 단시간(수 밀리 초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역에서부터 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 밀리 초 이하의 매우 단시간의 플래시 광조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되었다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 매우 단시간의 가열을 필요로 하는 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 따라 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 매우 단시간만에 활성화 온도로 까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키는 일 없이, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
이러한 크세논 플래시 램프를 사용한 열처리 장치로서, 특허문헌 1에는, 반도체 웨이퍼의 표면 측에 플래시 램프를 배치함과 더불어 이면(裏面) 측에 할로겐 램프를 배치하고, 그들의 조합에 의해 원하는 열처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 열처리 장치에 있어서는, 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼를 할로겐 램프에 의해 어느 정도의 온도로까지 예비 가열하고, 그 후 플래시 램프로부터의 플래시 광조사에 의해 원하는 처리 온도로까지 승온하고 있다.
일본국 특허공개 2009-164451호 공보
특허문헌 1에 개시되는 열처리에 있어서, 반도체 웨이퍼를 할로겐 램프에 의해 예비 가열했을 때에, 박판 형상의 반도체 웨이퍼가 휘는 경우가 있다. 반도체 웨이퍼가 휘는 요인으로서는, 할로겐 램프의 열처리 패턴으로부터 유래하는 것과 웨이퍼 자체에 문제가 있는 경우가 있다. 어느 경우여도, 반도체 웨이퍼가 휜 상태에서 플래시 램프로부터 매우 단시간의 강한 플래시광을 조사하면, 반도체 웨이퍼가 깨질 우려가 있다. 웨이퍼 균열이 발생하면, 그 반도체 웨이퍼를 불필요하게 소비할 뿐만 아니라, 챔버 안이 다량의 파티클에 의해 오염되어, 복구 작업에 막대한 시간을 필요로 하게 된다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 기판을 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지시키는 반입 공정과, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하는 광조사 공정과, 상기 기판의 온도를 제1 방사 온도계에 의해 측정하는 제1 온도 측정 공정과, 상기 서셉터의 온도를 제2 방사 온도계에 의해 측정하는 제2 온도 측정 공정과, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 판정 공정에서는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제1 역치 이상으로 변화했을 때, 또는, 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제2 역치 이상으로 변화했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 판정 공정에서는, 광조사에 의해 승온하는 상기 기판의 온도가 소정값 미만일 때에는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하고, 상기 소정값 이상일 때에는 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 판정 공정에서는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 및 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 광조사 공정 후에, 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 플래시 공정을 더 구비하고, 상기 판정 공정에서 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정되었을 때에는, 상기 기판에 대한 플래시 광조사를 생략하고 상기 기판을 상기 챔버로부터 반출함과 더불어, 상기 기판의 후속 기판을 상기 챔버 내에 반입하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 기판을 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지시키는 반입 공정과, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하는 광조사 공정과, 상기 기판의 온도를 방사 온도계에 의해 측정하는 온도 측정 공정과, 상기 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 기판을 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지시키는 반입 공정과, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하는 광조사 공정과, 상기 서셉터의 온도를 방사 온도계에 의해 측정하는 온도 측정 공정과, 상기 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 서셉터와, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 연속 점등 램프와, 상기 기판의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계와, 상기 서셉터의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계와, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 8의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 판정부는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제1 역치 이상으로 변화했을 때, 또는, 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제2 역치 이상으로 변화했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 청구항 8의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 판정부는, 광조사에 의해 승온하는 상기 기판의 온도가 소정값 미만일 때에는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하고, 상기 소정값 이상일 때에는 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 11의 발명은, 청구항 8의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 판정부는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 및 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 12의 발명은, 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 하나의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 연속 점등 램프로부터의 광조사 후에, 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프를 더 구비하고, 상기 판정부가 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정했을 때에는, 상기 기판에 대한 플래시 광조사를 생략하고 상기 기판을 상기 챔버로부터 반출함과 더불어, 상기 기판의 후속 기판을 상기 챔버 내에 반입하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 13의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 서셉터와, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 연속 점등 램프와, 상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 14의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 서셉터와, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 연속 점등 램프와, 상기 서셉터의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 기판의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 서셉터의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하기 때문에, 육안 등으로 확인하는 일 없이 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있다.
특히, 청구항 5의 발명에 의하면, 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정되었을 때에는, 기판에 대한 플래시 광조사를 생략하고 기판을 챔버로부터 반출함과 더불어, 후속 기판을 챔버 내에 반입하기 때문에, 기판의 균열을 미연에 방지하여 처리 효율의 저하를 막을 수 있다.
청구항 6의 발명에 의하면, 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하기 때문에, 육안 등으로 확인하는 일 없이 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있다.
청구항 7의 발명에 의하면, 서셉터의 온도를 측정하는 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하기 때문에, 육안 등으로 확인하는 일 없이 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있다.
청구항 8 내지 청구항 12의 발명에 의하면, 기판의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 서셉터의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하기 때문에, 육안 등으로 확인하는 일 없이 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있다.
특히, 청구항 12의 발명에 의하면, 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정했을 때에는, 기판에 대한 플래시 광조사를 생략하고 기판을 챔버로부터 반출함과 더불어, 후속 기판을 챔버 내에 반입하기 때문에, 기판의 균열을 미연에 방지하여 처리 효율의 저하를 막을 수 있다.
청구항 13의 발명에 의하면, 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하기 때문에, 육안 등으로 확인하는 일 없이 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있다.
청구항 14의 발명에 의하면, 서셉터의 온도를 측정하는 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하기 때문에, 육안 등으로 확인하는 일 없이 열처리 중의 기판의 휘어짐을 검출할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 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, 열처리 장치에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 9는, 끝가장자리부 방사 온도계에 의해 측정된 반도체 웨이퍼의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 중앙부 방사 온도계에 의해 측정된 서셉터의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 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(본 실시형태에서는 φ300mm). 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있고, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 필요에 따라 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, 통 형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 갖고 있으며, 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 투과시키는 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 투과시키는 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 원환 형상으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워 넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워 넣어 도시 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈 자유롭게 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 의해 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 따라 원환 형상으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속재료(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 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 때는, 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 형성되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 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 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 확산되도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로서는, 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 형성되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 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 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 둘레방향을 따라 복수 형성되어 있어도 되고, 슬릿 형상인 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)로서는, 진공 펌프나 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 배기 유틸리티를 이용할 수 있다. 배기부(190)로서 진공 펌프를 채용하고, 밸브(84)를 폐지(閉止)하여 가스 공급 구멍(81)으로부터 어떠한 가스 공급을 행하는 일 없이 밀폐 공간인 열처리 공간(65)의 분위기를 배기하면, 챔버(6) 내를 진공 분위기로까지 감압할 수 있다. 또, 배기부(190)로서 진공 펌프를 이용하지 않는 경우여도, 가스 공급 구멍(81)으로부터 가스 공급을 행하는 일 없이 배기를 행함으로써, 챔버(6) 내를 대기압 미만의 기압으로 감압할 수 있다.
도 2는, 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 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해 형성되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 재치(載置)됨으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시형태에서는 4개)가 세워져 설치된다. 연결부(72)도 석영 부재이며, 용접에 의해 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 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 평판 형상 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 향해 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드 링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드 링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면 형상의 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 상을 따라 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) 사이의 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 의해 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 의해 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 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) 상에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워져 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 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 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 두고 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 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)(도 1 참조)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 형성되어 있다. 즉, 끝가장자리부 방사 온도계(20)가 개구부(78)를 통해 서셉터(74)에 유지된 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 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해 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 아암(11)을 구비한다. 이재 아암(11)은, 대체로 원환 형상의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워져 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트 핀(12)은 석영으로 형성되어 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 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)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)과 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 2, 3 참조)을 통과해, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출한다. 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 벌리도록 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 바닥면에 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 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 1로 되돌아와서, 열처리 장치(1)는, 끝가장자리부 방사 온도계(엣지 파이로미터)(20) 및 중앙부 방사 온도계(센터 파이로미터)(25)의 2개의 방사 온도계를 구비한다. 상술한 바와 같이, 끝가장자리부 방사 온도계(20)는, 서셉터(74)의 개구부(78)를 통해 반도체 웨이퍼(W)의 하면 끝가장자리부로부터 방사된 적외광을 수광하고, 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정하는 웨이퍼 온도계이다. 한편, 중앙부 방사 온도계(25)는, 서셉터(74)의 중앙부로부터 방사된 적외광을 수광하고, 그 적외광의 강도로부터 서셉터(74)의 온도를 측정하는 서셉터 온도계이다. 또한, 도시의 편의상, 도 1에서는 끝가장자리부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)를 챔버(6)의 내부에 기재하고 있는데, 이들은 모두 챔버(6)의 외벽면에 장착되고, 외벽면에 형성된 관통 구멍을 통해 적외광을 수광한다.
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 판 형상의 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 봉 형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면 형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되어 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉 형상의 유리관(방전관)과, 당해 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 흐르고, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 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 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) 측에 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 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 의해 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 통해 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 광조사부이다.
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)에서 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통 형상을 갖는 봉 형상 램프이다. 상단, 하단 모두 20개인 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 7에 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 설치 밀도가 높게 되어 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부 쪽이 할로겐 램프(HL)의 설치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 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 격자 형상으로 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 통전시킴으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(요오드, 브롬 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프(HL)는, 통상의 백열전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉 형상 램프이므로 수명이 길고, 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) 측에 반사한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 여러가지 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 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기가 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, 판정부(31)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 판정부(31)는, 끝가장자리부 방사 온도계(20) 및/또는 중앙부 방사 온도계(25)의 온도 측정 결과에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐을 판정하는 것인데 그 상세에 대해서는 또한 후술한다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 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 위해, 다양한 냉각용 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(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 가열부(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
다음으로, 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대해서 설명한다. 도 8은, 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다. 여기서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 따라 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(1)에 의한 플래시 광조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다. 이하에 설명하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
우선, 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 앞서 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. 이로 인해, 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 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
이어서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 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(단계 S1). 이 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 장치 외부의 분위기를 끌어들일 우려가 있지만, 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 의해 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 윗쪽 위치까지 진출하여 정지한다. 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 통과해 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 재치된 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출되고, 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 세워져 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 석영으로 형성된 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해 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 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 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 때는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의해 측정됨과 더불어, 서셉터(74)의 온도가 중앙부 방사 온도계(25)에 의해 측정된다(단계 S3). 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면 끝가장자리부로부터 개구부(78)를 통해 방사된 적외광을 끝가장자리부 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중인 웨이퍼 온도를 측정한다. 또, 서셉터(74) 자체로부터 방사된 적외광을 중앙부 방사 온도계(25)가 수광하여 승온 중인 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 서셉터(74)의 온도를 측정한다. 끝가장자리부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)에 의해 측정된 반도체 웨이퍼(W) 및 서셉터(74)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 또한, 끝가장자리부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 온도 측정은, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 개시하기 이전부터 행하고 있어도 된다.
도 9는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의해 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다. 또, 도 10은, 중앙부 방사 온도계(25)에 의해 측정된 서셉터(74)의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 끝가장자리부 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, 200℃ 내지 800℃ 정도가 된다(본 실시형태에서는 750℃).
또, 제어부(3)의 판정부(31)는, 끝가장자리부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)의 온도 측정 결과에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐을 감시하고 있다. 구체적으로는 판정부(31)는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분 또는 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하고 있는지의 여부를 감시한다(단계 S4). 측정 온도의 시간 미분은, 온도 변화 레이트(승온 레이트 또는 강온 레이트)이며, 도 9, 10에 나타내는 온도 프로파일의 기울기이기도 하다. 그리고, 측정 온도의 시간 미분의 특이 변화점이란, 온도 프로파일의 기울기가 급격하게 변화하는 특이점이다.
예비 가열 시에 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 승온할 때에, 박판 형상의 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하는 경우가 있다. 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하면, 끝가장자리부 방사 온도계(20)와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 측정 거리가 변화함과 더불어, 끝가장자리부 방사 온도계(20)의 광축과 반도체 웨이퍼(W)의 하면이 이루는 측정 각도도 변화하게 된다. 이러한 측정 거리 및 측정 각도의 변화가 끝가장자리부 방사 온도계(20)의 온도 측정에 영향을 준 결과, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하는 것이다. 즉, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하는 것은 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하고 있는 것을 나타내고 있는 것이다. 따라서, 판정부(31)는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정한다.
보다 구체적으로는, 판정부(31)는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분이 소정의 역치 이상으로 변화했을 때에 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정한다. 예를 들면, 도 9에 나타내는 온도 프로파일에 있어서, 반도체 웨이퍼(W)의 승온 레이트가 50℃/초일 때, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 측정 온도의 시간 미분이 역치인 20% 이상 변화했을 때, 즉 40℃/초 이하 또는 60℃/초 이상이 되었을 때에 판정부(31)는 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했다고 판단하여 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정한다. 도 9에 나타내는 예에서는, 시각 t1에 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하고 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하면, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 일부와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)가 접촉하게 된다. 복수의 반도체 웨이퍼(W)를 연속해서 처리할 때에는 서셉터(74)가 소정 온도로까지 승온한다. 또, 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)를 처리하기 전에 서셉터(74)를 당해 소정 온도로까지 예열하는 것도 행해지고 있다. 따라서, 상온의 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 유지된 시점에서는 서셉터(74)의 온도보다 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 낮다. 상대적으로 저온인 반도체 웨이퍼(W)가 휘어서 서셉터(74)에 접촉하면, 서셉터(74)로부터 반도체 웨이퍼(W)로의 열전도가 발생하고, 접촉 부위 근방에 있어서의 서셉터(74)의 온도가 급격하게 강온한다. 그 결과, 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하게 된다. 즉, 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하는 것도 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하고 있는 것을 나타내고 있는 것이다. 따라서, 판정부(31)는, 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에도 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정한다.
보다 구체적으로는 상기와 마찬가지로, 판정부(31)는, 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분이 소정의 역치 이상으로 변화했을 때에 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정한다. 도 10에 나타내는 예에서는, 시각 t2에 판정부(31)가 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했다고 판단하여 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정한다.
본 실시형태에 있어서는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분 및 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분 중 적어도 어느 한쪽에 특이 변화점이 출현했을 때에 판정부(31)는 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정한다. 즉, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분 및 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분의 쌍방에 특이 변화점이 출현하고 있지 않을 때에는, 판정부(31)은 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하지 않았다고 판정한다.
특이점이 출현하고 있지 않고, 판정부(31)가 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하고 있지 않다고 판정했을 때에는, 단계 S4에서 단계 S7로 진행되고, 정상적인 반도체 웨이퍼(W)에 대한 플래시 광조사가 실행된다. 구체적으로는, 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 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 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, 열처리 장치(1)에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 매우 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 비교하여 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 소등된다. 이로 인해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1에서 급속히 강온한다. 강온 중인 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의해 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지의 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 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 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 이어서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트 핀(12) 상에 재치된 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6)로부터 반출되고(단계 S8), 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
한편, 특이 변화점이 출현하여 판정부(31)가 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하고 있다고 판정했을 때에는, 단계 S4에서 단계 S5로 진행되고, 이어지는 플래시 광조사를 생략하고 당해 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)로부터 반출한다. 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은 조사 시간이 매우 짧고 강도가 강한 광이다. 휘어짐이 발생한 반도체 웨이퍼(W)에 그러한 강한 플래시광이 순간적으로 조사되면, 반도체 웨이퍼(W)가 깨질 우려가 있다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정되었을 때에는, 그 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는 플래시 광조사를 행하는 일 없이, 당해 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)로부터 반출하는 것이다.
휘어짐이 발생했다고 판정된 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6)로부터 반출된 후, 후속하는 새로운 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내에 반입된다(단계 S6). 그리고, 새롭게 반입된 후속하는 반도체 웨이퍼(W)에 대해 상술한 것과 동일한 처리가 행해진다.
본 실시형태에 있어서는, 할로겐 램프(HL)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열시에, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분 또는 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에, 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정하고 있다. 이 때문에, 플래시 광조사 전에, 육안 등으로 확인하는 일 없이 자동으로 예비 가열 처리 중의 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐을 검출할 수 있다.
플래시 광조사 전에 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐을 검출함으로써, 휘어진 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 당해 반도체 웨이퍼(W)가 깨지는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이로 인해, 파손된 반도체 웨이퍼(W)의 파편에 의한 챔버(6) 내의 오염을 방지할 수 있다.
또, 휘어짐이 발생했다고 판정된 반도체 웨이퍼(W)에 대한 플래시 광조사를 생략하고 당해 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)로부터 반출함과 더불어, 잇따라 후속하는 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6) 내에 반입하여 처리를 행하고 있기 때문에, 휘어짐이 발생했을 때에 열처리 장치(1)의 다운 타임이 발생하는 일은 없고, 스루풋의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 여러가지 변경을 행하는 것이 가능하다. 상기 실시형태에 있어서는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분 또는 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에, 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생했다고 판정하고 있었다. 이를 대신하여, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분 및 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분의 쌍방에 특이 변화점이 출현했을 때에만, 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐이 발생했다고 판정하도록 해도 된다. 이와 같이 하면, 반도체 웨이퍼(W)에 휘어짐이 발생하고 있지 않음에도 불구하고, 휘어짐이 발생했다고 판정하는 오검출을 저감할 수 있다.
또, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분 또는 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분 중 어느 한쪽에만 특이 변화점이 출현했을 때에, 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐이 발생했다고 판정하도록 해도 된다. 즉, 중앙부 방사 온도계(25)의 측정 온도의 시간 미분의 변화에 관계없이, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에, 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐이 발생했다고 판정한다. 혹은, 끝가장자리부 방사 온도계(20)의 측정 온도의 시간 미분의 변화에 관계없이, 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에, 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐이 발생했다고 판정한다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 비교적 고온일 때에는, 웨이퍼 휘어짐이 발생했을 때에 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하기 쉽다. 반대로, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 비교적 저온일 때에는, 웨이퍼 휘어짐이 발생했을 때에 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현하기 쉽다. 따라서, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정값(예를 들면 400℃) 미만일 때에는, 중앙부 방사 온도계(25)에 의한 서셉터(74)의 측정 온도의 시간 미분에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐을 판정하는 것이 바람직하다. 한편, 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 상기 소정값 이상일 때에는, 끝가장자리부 방사 온도계(20)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 측정 온도의 시간 미분에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐을 판정하는 것이 바람직하다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이에 한정되는 것은 아니고, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것은 아니고, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개로 한정되는 것은 아니고, 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 가열을 행하고 있었는데, 이에 한정되는 것은 아니고, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 아크 램프로부터의 광조사에 의해 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 휘어짐이 검출되게 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것은 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용 기판이어도 된다. 혹은, 열처리 장치(1)에서는, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리실리콘의 결정화를 행하도록 해도 된다.
1: 열처리 장치 3: 제어부
4: 할로겐 가열부 5: 플래시 가열부
6: 챔버 7: 유지부
10: 이재 기구 20: 끝가장자리부 방사 온도계
25: 중앙부 방사 온도계 31: 판정부
63: 상측 챔버 창 64: 하측 챔버 창
65: 열처리 공간 74: 서셉터
75: 유지 플레이트 77: 기판 지지 핀
FL: 플래시 램프 HL: 할로겐 램프
W: 반도체 웨이퍼

Claims (14)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    기판을 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지시키는 반입 공정과,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하는 광조사 공정과,
    상기 기판의 온도를 제1 방사 온도계에 의해 측정하는 제1 온도 측정 공정과,
    상기 서셉터의 온도를 제2 방사 온도계에 의해 측정하는 제2 온도 측정 공정과,
    상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정 공정을 구비하고,
    상기 판정 공정에서는, 광조사에 의해 승온하는 상기 기판의 온도가 소정값 미만일 때에는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하고, 상기 소정값 이상일 때에는 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    기판을 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지시키는 반입 공정과,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하는 광조사 공정과,
    상기 기판의 온도를 제1 방사 온도계에 의해 측정하는 제1 온도 측정 공정과,
    상기 서셉터의 온도를 제2 방사 온도계에 의해 측정하는 제2 온도 측정 공정과,
    상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정 공정을 구비하고,
    상기 판정 공정에서는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 및 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    기판을 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지시키는 반입 공정과,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하는 광조사 공정과,
    상기 기판의 온도를 제1 방사 온도계에 의해 측정하는 제1 온도 측정 공정과,
    상기 서셉터의 온도를 제2 방사 온도계에 의해 측정하는 제2 온도 측정 공정과,
    상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정 공정과,
    상기 광조사 공정 후에, 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 플래시 공정을 구비하고,
    상기 판정 공정에서 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정되었을 때에는, 상기 기판에 대한 플래시 광조사를 생략하고 상기 기판을 상기 챔버로부터 반출함과 더불어, 상기 기판의 후속 기판을 상기 챔버 내에 반입하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 판정 공정에서는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제1 역치 이상으로 변화했을 때, 또는, 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제2 역치 이상으로 변화했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    기판을 챔버 내에 반입하여 서셉터에 유지시키는 반입 공정과,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하는 광조사 공정과,
    상기 기판의 온도를 방사 온도계에 의해 측정하는 온도 측정 공정과,
    상기 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 삭제
  7. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 연속 점등 램프와,
    상기 기판의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계와,
    상기 서셉터의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계와,
    상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정부를 구비하고,
    상기 판정부는, 광조사에 의해 승온하는 상기 기판의 온도가 소정값 미만일 때에는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하고, 상기 소정값 이상일 때에는 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 의해 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 연속 점등 램프와,
    상기 기판의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계와,
    상기 서셉터의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계와,
    상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정부를 구비하고,
    상기 판정부는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 및 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 연속 점등 램프와,
    상기 기판의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계와,
    상기 서셉터의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계와,
    상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분 또는 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정부와,
    상기 연속 점등 램프로부터의 광조사 후에, 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프를 구비하고,
    상기 판정부가 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정했을 때에는, 상기 기판에 대한 플래시 광조사를 생략하고 상기 기판을 상기 챔버로부터 반출함과 더불어, 상기 기판의 후속 기판을 상기 챔버 내에 반입하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 판정부는, 상기 제1 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제1 역치 이상으로 변화했을 때, 또는, 상기 제2 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분이 제2 역치 이상으로 변화했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  11. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 연속 점등 램프와,
    상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 방사 온도계에 의한 측정 온도의 시간 미분에 특이 변화점이 출현했을 때에 상기 기판에 휘어짐이 발생했다고 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7372074B2 (ja) * 2019-08-07 2023-10-31 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
JP7336369B2 (ja) * 2019-11-25 2023-08-31 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板支持装置、熱処理装置、基板支持方法、熱処理方法
US20240095899A1 (en) * 2022-09-21 2024-03-21 Applied Materials, Inc. Edge defect detection via image analytics

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340591A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
JP2006054214A (ja) 2004-08-09 2006-02-23 Applied Materials Inc 基板の熱的性質判定方法及び熱処理条件の決定方法
JP2013046047A (ja) 2011-08-26 2013-03-04 Toshiba Corp 加熱装置および半導体装置の製造方法
JP2016081971A (ja) 2014-10-10 2016-05-16 東京エレクトロン株式会社 処理装置及び処理方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5305417A (en) 1993-03-26 1994-04-19 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for determining wafer temperature using pyrometry
JPH11329993A (ja) 1998-05-15 1999-11-30 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理装置および基板処理方法
JP3325833B2 (ja) 1998-05-20 2002-09-17 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置
JP4146558B2 (ja) 1998-12-07 2008-09-10 大日本スクリーン製造株式会社 基板熱処理方法および基板熱処理装置
EP1865354B1 (en) * 2005-03-17 2016-03-16 Hamamatsu Photonics K.K. Microscopic image capturing device
JP2006351871A (ja) * 2005-06-16 2006-12-28 Toshiba Corp 熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法
JP2009164451A (ja) 2008-01-09 2009-07-23 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
JP5349819B2 (ja) 2008-03-25 2013-11-20 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置
KR101432158B1 (ko) 2012-05-24 2014-08-20 에이피시스템 주식회사 기판 처리 장치 및 그 동작 방법
JP6539568B2 (ja) * 2015-11-04 2019-07-03 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
KR101939590B1 (ko) 2015-12-30 2019-01-17 맷슨 테크놀로지, 인크. 열처리 시스템 내의 기판 파손 검출
CN109563726A (zh) * 2016-06-03 2019-04-02 康宁股份有限公司 用于真空隔热窗格玻璃的方法和设备
JP6690711B2 (ja) 2016-06-27 2020-04-28 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及び基板処理方法並びに記憶媒体
KR102282631B1 (ko) 2016-08-31 2021-07-28 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램
JP6838992B2 (ja) * 2017-02-21 2021-03-03 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
JP7265314B2 (ja) * 2017-03-03 2023-04-26 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
JP6864564B2 (ja) * 2017-06-09 2021-04-28 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
JP6944347B2 (ja) 2017-11-07 2021-10-06 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
JP6942615B2 (ja) * 2017-11-20 2021-09-29 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 (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340591A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
JP2006054214A (ja) 2004-08-09 2006-02-23 Applied Materials Inc 基板の熱的性質判定方法及び熱処理条件の決定方法
JP2013046047A (ja) 2011-08-26 2013-03-04 Toshiba Corp 加熱装置および半導体装置の製造方法
JP2016081971A (ja) 2014-10-10 2016-05-16 東京エレクトロン株式会社 処理装置及び処理方法

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