KR102463486B1 - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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요시히데 노자키
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 플래시광 조사 시에 있어서의 기판의 깨짐을 간단한 구성으로 신속히 검출할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 반도체 웨이퍼는 할로겐 램프에 의해 예비 가열된 후, 플래시 램프로부터의 플래시광 조사에 의해 가열된다. 할로겐 램프에 의한 예비 가열은 플래시 램프가 소등한 후에도 잠시 계속된다. 반도체 웨이퍼의 표면 및 이면의 온도는 방사 온도계에 의해 측정되고 있다. 플래시광의 조사 개시부터 반도체 웨이퍼의 가열이 종료할 때까지의 기간에 측정된 반도체 웨이퍼의 온도를 적산하여 온도 적산치가 산정된다. 산정된 온도 적산치가 미리 설정된 상한치와 하한치의 사이의 범위에서 벗어나 있을 때에는, 플래시광 조사 시에 반도체 웨이퍼가 깨졌다고 판정된다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 플래시광을 조사함으로써 당해 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 의해 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 주입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P) 등과 같은 불순물의 원소를 이온화시켜 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐링 처리에 의해 활성화된다. 이 때에, 어닐링 시간이 수초 정도 이상이면, 주입된 불순물이 열에 의해 깊게 확산하고, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어져 양호한 디바이스 형성에 지장이 발생할 우려가 있다.
그래서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐링 기술로서, 근래 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목받고 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 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 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또한, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다. 이 때문에, 크세논 플래시 램프에 의한 극히 단시간의 승온이면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
이러한 플래시 램프를 사용한 열처리 장치에 있어서는, 극히 높은 에너지를 갖는 플래시광을 순간적으로 반도체 웨이퍼의 표면에 조사하기 때문에, 순식간에 반도체 웨이퍼의 표면 온도가 급속히 상승하기만 할 뿐, 이면 온도는 그 정도로는 상승하지 않는다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼의 표면만에 급격한 열팽창이 발생하여 반도체 웨이퍼가 상면을 볼록하게 휘듯이 변형된다. 그리고, 다음의 순간에는 반동으로 반도체 웨이퍼가 하면을 볼록하게 휘듯이 변형되어 있었다.
반도체 웨이퍼가 상면을 볼록하도록 변형됐을 때에는, 웨이퍼의 단연부(端緣部)가 서셉터에 충돌한다. 반대로, 반도체 웨이퍼가 하면을 볼록하도록 변형됐을 때에는, 웨이퍼의 중앙부가 서셉터에 충돌하게 되어 있었다. 그 결과, 서셉터에 충돌한 충격에 의해 반도체 웨이퍼가 깨진다는 문제가 있었다.
반도체 웨이퍼가 깨진 상태에서 대유량의 가스를 공급하여 냉각 처리를 행하면, 파티클의 증가 및 확산이 발생하여 다른 반도체 웨이퍼를 오염시킬 우려가 있다. 또한, 반도체 웨이퍼가 깨진 상태에서 분위기 치환을 위해 챔버 내를 감압하면, 파편으로부터 유래하는 파티클을 진공 펌프가 끌어들여 고장나는 경우가 있다.
이 때문에, 플래시 가열 시에 웨이퍼 깨짐이 발생했을 때에는, 그 깨짐을 신속히 검출하여 후속의 반도체 웨이퍼의 투입을 정지함과 더불어, 챔버 내의 청소를 행할 필요가 있다. 특히, 파티클의 확산이나 진공 펌프 등의 부대 설비의 고장을 확실히 방지하는 관점에서는, 플래시 가열 후에 가스 공급이나 감압을 위한 배기를 행하기 전에 챔버 내에서 반도체 웨이퍼의 깨짐을 검출하는 것이 요구된다.
그래서, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 플래시 가열 처리를 행하는 챔버에 마이크로폰을 설치하여, 반도체 웨이퍼가 깨졌을 때의 소리를 검지함으로써 웨이퍼 깨짐을 판정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 반도체 웨이퍼로부터의 반사광을 도광 로드에 의해 수광하고, 그 반사광의 강도로부터 웨이퍼 깨짐을 검출하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2009-231697호 공보 일본국 특허공개 2015-130423호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 반도체 웨이퍼가 깨진 음향만을 추출하기 위한 필터링이 곤란하다는 문제가 있었다. 또한, 특허 문헌 2에 개시된 기술에서는, 도광 로드를 회전시키는 공정이 플래시광 조사의 전후로 2회 필요로 되기 때문에, 스루풋이 악화된다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플래시광 조사 시에 있어서의 기판의 깨짐을 간단한 구성으로 신속히 검출할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에 기판을 수용하는 수용 공정과, 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 상기 기판을 예비 가열 온도로 가열하는 예비 가열 공정과, 플래시 램프로부터 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하여 당해 표면을 가열하는 플래시광 조사 공정과, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간의 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 공정과, 상기 온도 측정 공정에서 측정된 상기 기판의 온도를 적산하여 온도 적산치를 산정하는 산정 공정과, 상기 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 판정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 온도 측정 공정에서는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 연속 점등 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간의 상기 기판의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 온도 측정 공정에서는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 플래시 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간의 상기 기판의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 4의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 온도 측정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 측정하고, 상기 산정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고, 상기 판정 공정에서는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 및, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 5의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 온도 측정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 측정하고, 상기 산정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고, 상기 판정 공정에서는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 또는, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 6의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 판정 공정에서 상기 기판이 깨져 있다고 판정되었을 때에, 상기 챔버에 대한 급기 및 배기를 정지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 7의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 기판을 유지하는 서셉터와, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하여 예비 가열 온도로 가열하는 연속 점등 램프와, 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하여 당해 표면을 가열하는 플래시 램프와, 상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간에 상기 방사 온도계에 의해 측정된 상기 기판의 온도를 적산하여 온도 적산치를 산정하는 산정부와, 상기 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 8의 발명은, 청구항 7의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 산정부는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 연속 점등 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간에 측정된 상기 기판의 온도를 적산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 9의 발명은, 청구항 7의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 산정부는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 플래시 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간에 측정된 상기 기판의 온도를 적산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 10의 발명은, 청구항 7의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 방사 온도계는, 상기 기판의 표면의 온도를 측정하는 표면 방사 온도계 및 상기 기판의 이면의 온도를 측정하는 이면 방사 온도계를 포함하고, 상기 산정부는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고, 상기 판정부는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 및, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 11의 발명은, 청구항 7의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 방사 온도계는, 상기 기판의 표면의 온도를 측정하는 표면 방사 온도계 및 상기 기판의 이면의 온도를 측정하는 이면 방사 온도계를 포함하고, 상기 산정부는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고, 상기 판정부는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 또는, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 12의 발명은, 청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 판정부가 상기 기판이 깨져 있다고 판정했을 때에, 상기 챔버에 대한 급기 및 배기를 정지하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 6의 발명에 의하면, 플래시광의 조사 개시부터 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간의 기판의 온도를 적산한 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 기판이 깨져 있다고 판정하기 때문에, 플래시광 조사 시에 있어서의 기판의 깨짐을 간단한 구성으로 신속히 검출할 수 있다.
특히, 청구항 6의 발명에 의하면, 기판이 깨져 있다고 판정되었을 때에, 챔버에 대한 급기 및 배기를 정지하기 때문에, 기판이 깨져 발생한 파티클을 확산시키는 이차 피해를 방지할 수 있다.
청구항 7 내지 청구항 12의 발명에 의하면, 플래시광의 조사 개시부터 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간에 측정된 기판의 온도를 적산한 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 기판이 깨져 있다고 판정하기 때문에, 플래시광 조사 시에 있어서의 기판의 깨짐을 간단한 구성으로 신속히 검출할 수 있다.
특히, 청구항 12의 발명에 의하면, 기판이 깨져 있다고 판정했을 때에, 챔버에 대한 급기 및 배기를 정지하기 때문에, 기판이 깨져 발생한 파티클을 확산시키는 이차 피해를 방지할 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 기구의 평면도이다.
도 6은, 이재 기구의 측면도이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 방사 온도계 및 제어부의 기능 블록도이다.
도 9는, 반도체 웨이퍼의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 10은, 방사 온도계에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼의 표면 온도의 변화를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
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 플래시광 조사를 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 실시 형태에서는 φ300mm). 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있으며, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해 용이를 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. 또한, 열처리 장치(1)는, 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 장치 외부의 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, 통형의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 갖고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또한, 챔버(6)의 마루부를 구성하는 하측 챔버창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또한, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사링(68)이 장착되고, 하부에는 반사링(69)이 장착되어 있다. 반사링(68, 69)은, 모두 원환형으로 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 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 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 의해 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 따라 원환형으로 형성되어, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또한, 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 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. 또한, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또한, 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, 반사링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 통해 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 처리 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 또한, 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 퍼지듯이 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 실시 형태에서는 질소 가스). 혹은, 처리 가스로서 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 냉각 가스를 가스 공급 구멍(81)으로부터 챔버(6) 내에 공급할 수도 있다.
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 있으며, 반사링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 통해 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기부(190)에 접속되어 있다. 또한, 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 따라 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다.
배기부(190)는 진공 펌프를 포함한다. 가스 공급 구멍(81)으로부터 처리 가스를 공급하지 않고, 배기부(190)를 작동시켜 열처리 공간(65)의 기체를 배기함으로써, 챔버(6) 내를 대기압 미만으로 감압할 수 있다. 또한, 배기부(190)의 진공 펌프와 가스 배기관(88)은, 예를 들면 관경이 상이한 3개의 바이패스 라인에 의해 접속되어 있으며, 그들 중 어느 하나를 개방할지에 의해 챔버(6)로부터의 배기 유량 및 배기 속도를 변화시킬 수 있다.
또한, 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.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 나타내는 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 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대링(71)의 간섭을 막기 위해 설치되어 있다. 기대링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 재치(載置)됨으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해 기대링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 지지된다. 도 3은, 서셉터(74)의 평면도이다. 또한, 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 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 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 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향하여 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착되도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해 유지 플레이트(75)에 고정되도록 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 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라 30°마다 합계 12개의 기판 지지핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지핀(77)을 배치한 원의 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 의해 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 되돌아와, 기대링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대링(71)은 연결부(72)에 의해 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) 상에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 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 의해 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또한, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지핀(77)의 높이보다 가이드링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드링(76)에 의해 방지된다.
또한, 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, 방사 온도계(120)(도 1 참조)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(120)가 개구부(78)를 통해 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 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 위해 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 뚫려 있다.
도 5는, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또한, 도 6은, 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 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트핀(12)이 세워 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트핀(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 볼 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 5의 2점 쇄선 위치)의 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.
또한, 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 리프트핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출된다. 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 위쪽이다. 기대링(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 생략된 배기 기구가 설치되어 있어, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 열처리 장치(1)에는 3개의 방사 온도계(120, 130, 140)가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이, 방사 온도계(120)는, 서셉터(74)에 설치된 개구부(78)를 통해 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도를 측정한다. 방사 온도계(130)는, 서셉터(74)의 중앙부로부터 방사된 적외광을 검지하여 당해 중앙부의 온도를 측정한다. 한편, 방사 온도계(140)는, 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 검지하여 웨이퍼 상면의 온도를 측정한다. 방사 온도계(140)로서는, 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된 순간의 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 급격한 온도 변화에 추수(追隨)하는 것이 가능한 고속 방사 온도계를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 열처리 장치(1)에는 온도 센서(150)도 설치되어 있다. 온도 센서(150)는, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 분위기 온도를 계측한다.
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. 또한, 플래시 가열부(5)의 하우징(51)의 바닥부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 가열부(5)의 마루부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형의 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 통해 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통 형상을 갖는 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 봉입(封入)되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉형의 유리관(방전관)과, 당해 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체인 점에서, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다 하더라도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴했을 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 극히 짧은 광펄스로 변환되는 점에서, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 갖는다. 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.
또한, 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 측에 반사한다는 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 복수 개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버창(64)을 통해 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다.
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 배치됨과 더불어, 상단보다 유지부(7)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 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 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또한, 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 배치 밀도가 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 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.
또한, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자형으로 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 있다는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또한, 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.
또한, 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 측으로 반사한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 여러 가지 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 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.
도 8은, 방사 온도계(120, 140) 및 제어부(3)의 기능 블록도이다. 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도를 측정하는 방사 온도계(120)는, 적외선 센서(121) 및 온도 측정 유닛(122)을 구비한다. 적외선 센서(121)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통해 방사된 적외광을 수광한다. 적외선 센서(121)는, 온도 측정 유닛(122)과 전기적으로 접속되어 있으며, 수광에 응답하여 발생한 신호를 온도 측정 유닛(122)에 전달한다. 온도 측정 유닛(122)은, 도시를 생략하는 증폭 회로, A/D 컨버터, 온도 변환 회로 등을 구비하고 있으며, 적외선 센서(121)로부터 출력된 적외광의 강도를 나타내는 신호를 온도로 변환한다. 온도 측정 유닛(122)에 의해 구해진 온도가 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도이다.
한편, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정하는 방사 온도계(140)는, 적외선 센서(141) 및 온도 측정 유닛(142)을 구비한다. 적외선 센서(141)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광한다. 적외선 센서(141)는, 플래시광이 조사된 순간의 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 급격한 온도 변화에 대응할 수 있도록, InSb(인듐안티몬)의 광학 소자를 구비하고 있다. 적외선 센서(141)는, 온도 측정 유닛(142)과 전기적으로 접속되어 있으며, 수광에 응답하여 발생한 신호를 온도 측정 유닛(142)에 전달한다. 온도 측정 유닛(142)은, 적외선 센서(141)로부터 출력된 적외광의 강도를 나타내는 신호를 온도로 변환한다. 온도 측정 유닛(142)에 의해 구해진 온도가 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도이다. 또한, 서셉터(74)의 온도를 측정하는 방사 온도계(130)도 대체로 방사 온도계(120, 140)와 동일한 구성을 구비하고 있다.
방사 온도계(120, 140)는, 열처리 장치(1) 전체의 컨트롤러인 제어부(3)와 전기적으로 접속되어 있으며, 방사 온도계(120, 140)에 의해 각각 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 하면 및 상면의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 적산부(31) 및 깨짐 판정부(32)를 구비한다. 적산부(31) 및 깨짐 판정부(32)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 적산부(31) 및 깨짐 판정부(32)의 처리 내용에 대해서는 추가로 후술한다.
또한, 제어부(3)에는 표시부(33) 및 입력부(34)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 표시부(33)에 여러 가지 정보를 표시한다. 입력부(34)는, 열처리 장치(1)의 오퍼레이터가 제어부(3)에 여러 가지 커맨드나 파라미터를 입력하기 위한 기기이다. 오퍼레이터는, 표시부(33)의 표시 내용을 확인하면서, 입력부(34)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서 및 처리 조건을 기술한 처리 레시피의 조건 설정을 행할 수도 있다. 표시부(33) 및 입력부(34)로서는, 쌍방의 기능을 겸비한 터치 패널을 이용할 수도 있으며, 본 실시 형태에서는 열처리 장치(1)의 외벽에 설치된 액정의 터치 패널을 채용하고 있다.
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 과잉된 온도 상승을 방지하기 위해, 여러 가지 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또한, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열(排熱)하는 공랭 구조로 되어 있다. 또한, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음으로, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서에 대해 설명한다. 도 9는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다. 여기서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(1)에 의한 플래시광 조사 가열 처리(어닐링)에 의해 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 개방되어 챔버(6) 내에 대한 급배기가 개시된다. 밸브(84)가 개방되면, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)에 질소 가스가 공급된다. 또한, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이것에 의해, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 상부로부터 공급된 질소 가스가 하방으로 흘러, 열처리 공간(65)의 하부로부터 배기된다.
또한, 밸브(192)가 개방됨으로써, 반송 개구부(66)로부터도 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략된 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 수반하여 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 위쪽 위치까지 진출하고 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출되어 반도체 웨이퍼(W)를 수취(受取)한다. 이 때, 리프트핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트핀(12)에 재치된 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출하고, 게이트 밸브(185)에 의해 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)의 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 시점에서 방사 온도계(120) 및 방사 온도계(140)에 의한 온도 측정이 개시된다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면(이면)으로부터 개구부(78)를 통해 방사된 적외광을 방사 온도계(120)가 수광하여 반도체 웨이퍼(W)의 이면 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면(표면)으로부터 방사된 적외광을 방사 온도계(140)가 수광하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정한다.
도 10은, 방사 온도계(140)에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 변화를 나타내는 도면이다. 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내에 반입되어 서셉터(74)에 유지된 후, 시각(t1)에 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 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측에 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 경우는 없다.
할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(120)에 의해 측정된다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(120)에 의한 측정치에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도(T1)는, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산할 우려가 없는, 200℃~800℃ 정도, 바람직하게는 350℃~600℃ 정도가 된다(본 실시의 형태에서는 600℃). 이와 같이 방사 온도계(120)는, 예비 가열 단계에 있어서 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하기 위한 온도 센서이기도 하다. 또한, 방사 온도계(120)는 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 온도를 측정하고 있는데, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표리면에 온도차가 발생하지 않으며, 방사 온도계(120)에 의해 측정되는 이면 온도는 반도체 웨이퍼(W) 전체의 온도라고 간주할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도(T1)로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(120)에 의해 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)로 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 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있는데, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 발생하기 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(T1)에 도달하여 소정 시간이 경과한 시각(t2)에 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다(단계 S3). 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내로 향하여, 이러한 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 플래시광 조사에 의해 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 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 비교하여 극히 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 발생하지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
극히 조사 시간이 짧은 플래시광을 조사함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 급격하게 승온시키는 플래시 가열에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 표리면에 온도차가 발생한다. 즉, 플래시광이 조사된 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 선행하여 승온하고, 그 표면으로부터의 열전도에 의해 이면이 늦게 승온한다. 또한, 플래시 가열 시에 반도체 웨이퍼(W)의 이면이 도달하는 최고 온도는 표면이 도달하는 최고 온도(처리 온도(T2))보다 낮다. 따라서, 플래시광이 조사된 직후의 방사 온도계(120)의 온도 측정 결과와 방사 온도계(140)의 온도 측정 결과는 다르다. 또한, 플래시 가열 시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 온도 변화는 표면의 온도 변화와 비교하면 완만한 것이 된다.
플래시광의 조사 시간은 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하의 극히 짧은 것이며, 플래시광의 조사가 개시된 시각(t2)으로부터 그 조사 시간이 경과한 시각(t3)에는 플래시 램프(FL)가 소등하게 된다. 플래시 램프(FL)의 발광이 종료된 후에도 할로겐 램프(HL)는 잠시 계속하여 점등되어 있다. 할로겐 램프(HL)는 시각(t3)보다 후의 시각(t4)에 소등한다. 따라서, 시각(t4)에 할로겐 램프(HL)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열이 종료되게 된다. 또한, 플래시 램프(FL)의 조사 개시 시각(t2)으로부터 조사 종료 시각(t3)까지의 시간은 극히 짧기 때문에, 도 10에서는 도시의 형편상, 시각(t2)과 시각(t3)을 겹쳐서 기재하고 있다.
플래시광 조사가 개시된 시각(t2) 이후도 방사 온도계(140)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 온도가 측정됨과 더불어, 방사 온도계(120)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 온도가 측정되어 있다. 그리고, 적산부(31)는, 플래시광의 조사가 개시된 시각(t2)으로부터 할로겐 램프(HL)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열이 종료되는 시각(t4)까지의 기간에 방사 온도계(140)에 의해 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 적산하여 표면 온도 적산치(FS)를 산정한다(단계 S4). 구체적으로는, 방사 온도계(140)는 소정의 샘플링 간격으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하고 있으며, 시각(t2)으로부터 시각(t4)까지의 기간에 당해 샘플링 간격으로 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 전부를 순차적으로 가산함으로써 표면 온도 적산치(FS)는 산정된다. 또한, 적산부(31)는, 시각(t2)으로부터 시각(t4)까지의 기간에 방사 온도계(120)에 의해 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 이면 온도를 적산하여 이면 온도 적산치(BS)를 산정한다. 구체적으로는, 방사 온도계(120)도 소정의 샘플링 간격으로 반도체 웨이퍼(W)의 이면 온도를 측정하고 있으며, 시각(t2)으로부터 시각(t4)까지의 기간에 당해 샘플링 간격으로 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 이면 온도의 전부를 순차적으로 가산함으로써 이면 온도 적산치(BS)는 산정된다.
이어서, 깨짐 판정부(32)가 표면 온도 적산치(FS) 및 이면 온도 적산치(BS)에 의거하여 플래시광 조사 시의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정한다(단계 S5). 플래시광 조사 시에 반도체 웨이퍼(W)가 깨졌을 때에는, 방사 온도계(120, 140)에 의한 온도 측정에 지장을 초래하여, 비정상적인 온도 측정치가 얻어지게 된다. 그리고, 그러한 비정상적인 온도 측정치를 적산하여 구해진 표면 온도 적산치(FS), 이면 온도 적산치(BS)도 비정상적인 값이 된다. 따라서, 표면 온도 적산치(FS), 이면 온도 적산치(BS)가 적정한 범위 내에 들어가 있는지 여부를 판정함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정할 수 있다.
구체적으로는, 깨짐 판정부(32)는 다음의 식 (1) (2)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정한다. 식 (1)에 있어서의 FL 및 식 (2)에 있어서의 BL은 깨짐 판정을 위한 하한치이다. 또한, 식 (1)에 있어서의 FU 및 식 (2)에 있어서의 BU는 깨짐 판정을 위한 상한치이다.
FL＜FS＜FU …(1)
BL＜BS＜BU …(2)
상한치(FU, BU) 및 하한치(FL, BL)는 레시피 파라미터로서 설정되는 값이다. 레시피 파라미터란, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서나 처리 조건을 기술한 처리 레시피에 설정되는 파라미터이다. 처리 레시피는 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)마다 제어부(3)에 건네지는 것이기 때문에, 레시피 파라미터도 반도체 웨이퍼(W)마다 설정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 열처리 장치(1)의 오퍼레이터는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 개시 전에 입력부(34)로부터 레시피 파라미터로서 상한치(FU, BU) 및 하한치(FL, BL)의 수치를 설정 입력할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 깨짐 판정부(32)는, 식 (1) 및 식 (2)의 쌍방이 만족될 때에는, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있지 않다고 판정한다. 환언하면, 깨짐 판정부(32)는, 식 (1) 또는 식 (2) 중 적어도 한쪽이 만족되지 않을 때에는, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정한다. 즉, 깨짐 판정부(32)는, 표면 온도 적산치(FS)가 미리 설정된 상한치(FU)와 하한치(FL)의 사이의 범위에서 벗어나 있거나, 또는, 이면 온도 적산치(BS)가 미리 설정된 상한치(BU)와 하한치(BL)의 사이의 범위에서 벗어나 있을 때에, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정하는 것이다.
따라서, 상한치(FU) 및 하한치(FL)로서는, 예를 들면 웨이퍼 깨짐이 발생하지 않았을 때의 표면 온도 적산치를 표준치로 하여, 그 표준치에 소정의 마진을 가산 및 감산한 값을 채용하여 설정하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 상한치(BU) 및 하한치(BL)로서는, 웨이퍼 깨짐이 발생하지 않았을 때의 이면 온도 적산치를 표준치로 하여, 그 표준치에 소정의 마진을 가산 및 감산한 값을 채용하여 설정하는 것이 바람직하다. 상한치(FU, BU)와 하한치(FL, BL)의 각각의 사이의 범위가 좁아질수록 엄격한 깨짐 판정이 이루어지게 된다.
깨짐 판정부(32)가 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있지 않다고 판정했을 때에는, 단계 S6으로부터 단계 S7로 진행되어, 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 냉각 처리는, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 가열 처리(할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열 및 플래시 램프(FL)에 의한 플래시 가열의 쌍방을 포함한다)가 전부 종료된 시각(t4) 이후에 개시된다. 냉각 처리 시에는, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)에 냉각 가스(헬륨, 아르곤 또는 질소)가 공급된다. 가열 처리 및 냉각 처리의 쌍방에서 질소 가스가 이용되는 경우에는, 냉각 처리 시에는 질소 가스의 공급 유량이 증가되게 된다. 공급된 냉각 가스에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 열이 빼앗김으로써 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 진행된다.
냉각 처리가 종료된 후, 반도체 웨이퍼(W)의 반출 처리가 행해진다(단계 S8). 구체적으로는, 방사 온도계(120)에 의해 감시되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온된 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 돌출되어 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 이어서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트핀(12) 상에 재치된 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반출되어, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
한편, 깨짐 판정부(32)가 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정했을 때에는, 단계 S6으로부터 단계 S9로 진행되어, 제어부(3)가 열처리 장치(1)에 있어서의 처리를 중단한다. 반도체 웨이퍼(W)가 깨졌다고 판정되어 처리가 중단되었을 경우에는, 냉각 처리도 행해지지 않으며, 챔버(6) 내로의 가스 공급도 정지된다. 또한, 챔버(6)에 반도체 웨이퍼(W)를 반출입하는 반송계의 동작도 정지한다. 또한, 제어부(3)가 표시부(33)에 웨이퍼 깨짐 발생의 경고를 발보(發報)하도록 해도 된다. 이것에 의해, 깨진 반도체 웨이퍼(W)의 파편은, 깨짐에 의해 발생한 파티클과 함께, 밀폐 공간인 챔버(6) 내에 갇히게 된다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생했을 때에는, 챔버(6) 내에 파티클이 발생하고 있기 때문에, 챔버(6)를 개방하여 청소 작업을 행한다.
제1 실시 형태에 있어서는, 플래시광의 조사가 개시된 시각(t2)으로부터 할로겐 램프(HL)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열이 종료되는 시각(t4)까지의 기간에 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도 및 이면 온도를 각각 적산하여 표면 온도 적산치(FS) 및 이면 온도 적산치(BS)를 산정하고 있다. 그리고, 그들 표면 온도 적산치(FS) 및 이면 온도 적산치(BS)에 의거하여 깨짐 판정부(32)가 플래시광 조사 시의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하고 있다. 따라서, 시각(t4) 이후에 냉각 처리가 개시되기 전에, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 판정되게 된다. 이 때문에, 플래시광 조사 시에 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있는 경우에는, 냉각 처리가 개시되기 전에 웨이퍼 깨짐이 검출되게 되고, 냉각 처리 전에 처리가 중단되어 냉각 처리는 전혀 실행되지 않는다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있음에도 불구하고 챔버(6) 내에 냉각 가스를 공급함으로써 발생하는 파티클의 증가나 확산을 방지할 수 있으며, 다른 반도체 웨이퍼(W)의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 열처리 장치(1)에 방사 온도계(120, 140)를 설치한다는 간단한 구성에 의해, 플래시광 조사 시의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 검출하고 있다. 또한, 방사 온도계(120, 140)에 의해 측정된 온도에 대해 간단한 연산 처리를 행함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 검출하고 있기 때문에, 스루풋을 저하시킬 염려도 없다. 즉, 본 실시 형태의 열처리 장치(1)는, 플래시광 조사 시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 간단한 구성으로 신속히 검출할 수 있는 것이다.
＜제2 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 완전히 같다. 또한, 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 단, 제2 실시 형태에서는, 암모니아 등의 반응성 가스의 분위기 중에서 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리를 행하고 있다. 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 실질적으로 상이한 것은, 온도 측정치의 적산 기간과 깨짐 검출의 수법이다.
제2 실시 형태에 있어서는, 적산부(31)는, 플래시광의 조사가 개시된 시각(t2)으로부터 플래시 램프(FL)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 종료되는 시각(t3)까지의 기간에 방사 온도계(140)에 의해 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 적산하여 표면 온도 적산치(FS)를 산정한다. 마찬가지로, 적산부(31)는, 시각(t2)으로부터 시각(t3)까지의 기간에 방사 온도계(120)에 의해 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 이면 온도를 적산하여 이면 온도 적산치(BS)를 산정한다.
그리고, 제2 실시 형태에서는, 깨짐 판정부(32)는, 식 (1) 또는 식 (2) 중 어느 하나가 만족되어 있을 때에는, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있지 않다고 판정한다. 환언하면, 깨짐 판정부(32)는, 식 (1) 및 식 (2)의 쌍방이 만족되지 않을 때에, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정한다. 즉, 깨짐 판정부(32)는, 표면 온도 적산치(FS)가 미리 설정된 상한치(FU)와 하한치(FL)의 사이의 범위에서 벗어나 있음, 및, 이면 온도 적산치(BS)가 미리 설정된 상한치(BU)와 하한치(BL)의 사이의 범위에서 벗어나 있을 때에, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정하는 것이다.
제2 실시 형태에서는, 깨짐 판정부(32)가 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있지 않다고 판정했을 때, 할로겐 램프(HL)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열이 종료되는 시각(t4) 이후에 챔버(6) 내의 분위기 치환이 행해진다. 구체적으로는, 챔버(6) 내로부터 반응성 가스의 분위기를 배기하여 챔버(6) 내를 대기압 미만으로 감압한 후에, 챔버(6) 내에 질소 가스를 공급하여 분위기 치환을 행한다. 그리고, 챔버(6) 내의 분위기 치환을 행한 후에, 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리 및 반출 처리를 행한다.
한편, 깨짐 판정부(32)가 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정했을 때에는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)에 있어서의 처리를 중단한다. 반도체 웨이퍼(W)가 깨졌다고 판정되어 처리가 중단되었을 경우에는, 분위기 치환도 행해지지 않으며, 챔버(6)에 대한 가스 공급 및 배기도 정지된다. 또한, 챔버(6)에 반도체 웨이퍼(W)를 반출입하는 반송계의 동작도 정지한다. 또한, 제어부(3)가 표시부(33)에 웨이퍼 깨짐 발생의 경고를 발보하도록 해도 된다. 이것에 의해, 깨진 반도체 웨이퍼(W)의 파편은, 깨짐에 의해 발생한 파티클과 함께, 밀폐 공간인 챔버(6) 내에 갇힌다.
제2 실시 형태에 있어서는, 플래시광의 조사가 개시된 시각(t2)으로부터 플래시 램프(FL)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 종료되는 시각(t3)까지의 기간에 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도 및 이면 온도를 각각 적산하여 표면 온도 적산치(FS) 및 이면 온도 적산치(BS)를 산정하고 있다. 그리고, 그들 표면 온도 적산치(FS) 및 이면 온도 적산치(BS)에 의거하여 깨짐 판정부(32)가 플래시광 조사 시의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하고 있다. 따라서, 시각(t4) 이후에 분위기 치환이 개시되기 전에, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 판정되게 된다. 이 때문에, 플래시광 조사 시에 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있는 경우에는, 분위기 치환이 개시되기 전에 웨이퍼 깨짐이 검출되게 되고, 분위기 치환 전에 처리가 중단되어 분위기 치환은 실행되지 않는다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 발생한 파티클을 배기부(190)의 진공 펌프가 끌어들여 고장나는 것이 방지된다. 또한, 챔버(6) 내가 암모니아 등의 반응성 가스의 분위기인 채로 챔버(6)를 개방하여 청소 작업을 행할 수는 없기 때문에, 챔버(6)로부터 가장 작은 배기 유량으로 배기를 행하여 반응성 가스를 배출한 후에 질소 가스를 공급하여 분위기 치환을 행하도록 해도 된다.
또한, 제1 실시 형태와 동일하게, 열처리 장치(1)에 방사 온도계(120, 140)를 설치한다는 간단한 구성에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정하고, 그 측정 온도에 대해 간단한 연산 처리를 행함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 검출하고 있다. 이 때문에, 열처리 장치(1)는, 플래시광 조사 시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 간단한 구성으로 신속히 검출할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 벗어나지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외로 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 제1 실시 형태에서는, 표면 온도 적산치(FS) 또는 이면 온도 적산치(BS)가 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정하였다(즉, 표면 온도 적산치(FS)와 이면 온도 적산치(BS)의 OR 판정). 제2 실시 형태에서는, 표면 온도 적산치(FS) 및 이면 온도 적산치(BS)가 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있다고 판정하였다(즉, 표면 온도 적산치(FS)와 이면 온도 적산치(BS)의 AND 판정). 이들을 대신하여, 예를 들면, 표면 온도 적산치(FS)만에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하도록 해도 된다. 또한, 이면 온도 적산치(BS)만에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하도록 해도 된다.
또한, 방사 온도계(130)에 의해 측정된 서셉터(74)의 온도를 적산하여 얻어진 온도 적산치에 의거하여 플래시광 조사 시의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하도록 해도 된다. 혹은, 온도 센서(150)에 의해 측정된 챔버(6) 내의 분위기 온도를 적산한 온도 적산치에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하도록 해도 된다. 플래시광 조사 시에 반도체 웨이퍼(W)가 깨졌을 때에는, 그 영향에 의해 서셉터(74)나 챔버(6) 내의 분위기 온도도 비정상적인 거동을 나타내기 때문에, 그러한 온도의 온도 적산치에 의거하여 깨짐 판정을 행하는 것은 가능하다. 요컨대, 플래시광 조사 시에 반도체 웨이퍼(W)가 깨졌을 때에, 통상과는 다른 비정상적인 온도 변화를 나타내는 요소의 온도를 적산한 온도 적산치에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐 판정을 행하도록 하면 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 플래시광의 조사 개시부터 반도체 웨이퍼(W)에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간에 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 적산한 온도 적산치에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하고 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 기간에 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도의 평균치 또는 표준 편차가 소정의 범위에서 벗어나 있는지 여부에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐을 판정하도록 해도 된다.
또한, 열처리 장치(1)에서 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 검출되었을 때에는, 당해 반도체 웨이퍼(W)와 같은 처리 레시피로 처리되고 있는 다른 열처리 장치에 있어서도 반도체 웨이퍼(W)가 깨질 가능성이 있다. 이 때문에, 열처리 장치(1)에서 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 검출되었을 때에, 당해 반도체 웨이퍼(W)와 같은 처리 레시피로 처리되고 있는 다른 열처리 장치의 처리를 정지하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또한, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것은 아니며, 크립톤 플래시 램프이어도 된다. 또한, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개로 한정되는 것은 아니며, 임의의 수로 할 수 있다.
또한, 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 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또한, 열처리 장치(1)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것은 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양전지용의 기판이어도 된다. 또한, 본 발명에 따른 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
31 적산부
32 깨짐 판정부
33 표시부
34 입력부
63 상측 챔버창
64 하측 챔버창
65 열처리 공간
74 서셉터
75 유지 플레이트
77 기판 지지핀
120, 130, 140 방사 온도계
150 온도 센서
FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프
W 반도체 웨이퍼

Claims (12)

  1. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에 기판을 수용하는 수용 공정과,
    연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 상기 기판을 예비 가열 온도로 가열하는 예비 가열 공정과,
    플래시 램프로부터 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하여 당해 표면을 가열하는 플래시광 조사 공정과,
    상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간의 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 공정과,
    상기 온도 측정 공정에서 측정된 상기 기판의 온도를 적산하여 온도 적산치를 산정하는 산정 공정과,
    상기 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 판정 공정을 구비하며,
    상기 온도 측정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 측정하고,
    상기 산정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고,
    상기 판정 공정에서는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 또는, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 측정 공정에서는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 연속 점등 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간의 상기 기판의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 삭제
  4. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에 기판을 수용하는 수용 공정과,
    연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 상기 기판을 예비 가열 온도로 가열하는 예비 가열 공정과,
    플래시 램프로부터 상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하여 당해 표면을 가열하는 플래시광 조사 공정과,
    상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간의 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 공정과,
    상기 온도 측정 공정에서 측정된 상기 기판의 온도를 적산하여 온도 적산치를 산정하는 산정 공정과,
    상기 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 판정 공정을 구비하며,
    상기 온도 측정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 측정하고,
    상기 산정 공정에서는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고,
    상기 판정 공정에서는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 및, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 온도 측정 공정에서는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 플래시 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간의 상기 기판의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 청구항 1, 2, 4 및 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정 공정에서 상기 기판이 깨져 있다고 판정되었을 때에, 상기 챔버에 대한 급기 및 배기를 정지하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  7. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 유지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하여 예비 가열 온도로 가열하는 연속 점등 램프와,
    상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하여 당해 표면을 가열하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간에 상기 방사 온도계에 의해 측정된 상기 기판의 온도를 적산하여 온도 적산치를 산정하는 산정부와,
    상기 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 판정부를 구비하며,
    상기 방사 온도계는, 상기 기판의 표면의 온도를 측정하는 표면 방사 온도계 및 상기 기판의 이면의 온도를 측정하는 이면 방사 온도계를 포함하고,
    상기 산정부는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고,
    상기 판정부는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 또는, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 산정부는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 연속 점등 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간에 측정된 상기 기판의 온도를 적산하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 삭제
  10. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 유지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하여 예비 가열 온도로 가열하는 연속 점등 램프와,
    상기 기판의 표면에 플래시광을 조사하여 당해 표면을 가열하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 기판에 대한 가열을 종료할 때까지의 기간에 상기 방사 온도계에 의해 측정된 상기 기판의 온도를 적산하여 온도 적산치를 산정하는 산정부와,
    상기 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 판정부를 구비하며,
    상기 방사 온도계는, 상기 기판의 표면의 온도를 측정하는 표면 방사 온도계 및 상기 기판의 이면의 온도를 측정하는 이면 방사 온도계를 포함하고,
    상기 산정부는, 상기 기판의 표면 및 이면의 온도를 적산하고,
    상기 판정부는, 상기 기판의 표면의 온도를 적산한 표면 온도 적산치, 및, 상기 기판의 이면의 온도를 적산한 이면 온도 적산치가 미리 설정된 상한치 및 하한치의 범위에서 벗어나 있을 때에 상기 기판이 깨져 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 산정부는, 상기 플래시광의 조사 개시부터 상기 플래시 램프에 의한 상기 기판의 가열을 종료할 때까지의 기간에 측정된 상기 기판의 온도를 적산하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  12. 청구항 7, 8, 10 및 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정부가 상기 기판이 깨져 있다고 판정했을 때에, 상기 챔버에 대한 급기 및 배기를 정지하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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