KR102637230B1 - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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마오 오모리
다카히로 기타자와
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Abstract

[과제] 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼를 수용한 캐리어가 열처리 장치에 반입되고 나서 각 반도체 웨이퍼에 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피를 설정한다. 다음에, 캐리어에 수용된 각 반도체 웨이퍼의 반사율을 측정한다. 설정된 레시피와 측정된 반도체 웨이퍼의 반사율에 의거하여, 플래시 가열 처리 시의 반도체 웨이퍼의 도달 예측 온도를 산정하여, 그 산정된 도달 예측 온도를 표시한다. 표시된 도달 예측 온도를 참고로 하여 처리 조건을 설정할 수 있기 때문에, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있다.

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 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」로 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면 만을 극히 단시간(수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧아, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시 광조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방 만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되고 있다.
이와 같은 플래시 램프 어닐은, 극히 단시간의 가열이 필요해지는 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도로까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화 만을 실행할 수 있는 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼를 처리하는 장치에서는 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피에 따라서 제어부가 장치의 각종 구성부를 제어함으로써 원하는 처리가 실행된다. 특허 문헌 1에는, 플래시 램프 어닐 장치에 있어서도, 제어부가 레시피에 의거하여 장치의 각 구성부를 제어하여 반도체 웨이퍼에 대한 열처리를 실행하는 것이 개시되어 있다.
따라서, 반도체 웨이퍼의 플래시 가열 처리할 때에 있어서는, 적절한 처리가 실행되는 레시피를 선택하여 설정할 필요가 있다. 구체적으로는, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼의 표면이 과부족 없이 목표 온도에 도달하는 처리 조건의 레시피를 설정할 필요가 있다. 종래에 있어서는, 적어도 2종류의 레시피를 이용하여 실제로 반도체 웨이퍼에 대해 시험적으로 플래시 가열 처리를 행하여, 그 반도체 웨이퍼의 표면 온도를 측정함으로써 최적의 처리 조건의 레시피를 설정하도록 하고 있었다.
또, 플래시 램프 어닐에 한정되지 않고, 광조사에 의해 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐 처리에 있어서는, 웨이퍼 표면의 반사율이 중요한 파라미터가 된다. 동일한 강도의 광을 조사해도, 반사율이 높은 반도체 웨이퍼에서는 반사광이 많아지기 때문에, 도달 온도는 낮아진다. 특허 문헌 2에는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 반사율을 측정하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2009-231652호 공보 일본국 특허공개 2014-045067호 공보
그러나, 상술한 종래의 레시피 설정 수법은, 말하자면 시행 착오에 의해 최적의 조건을 찾아내고 있기 때문에, 다수의 레시피를 이용하여 몇번이나 반도체 웨이퍼에 시험적으로 플래시 가열 처리를 행해야 하는 경우도 있었다. 또, 이와 같은 수법은 작업자의 경험이나 스킬에도 크게 의존하고 있기 때문에, 미숙한 작업자의 경우에는 더 많은 플래시 가열 처리를 행할 필요가 있었다.
또, 반도체 웨이퍼의 반사율은 웨이퍼 표면의 막 종류나 패턴에 의존하고 있다. 또, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 막 종류나 패턴에 따라 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피가 설정되고, 그 레시피에 따라서 반도체 웨이퍼에 대한 어닐 처리가 실행된다.
그러나, 어닐 장치에 예정과는 상이한 막 종류가 성막된 반도체 웨이퍼가 잘못해서 반입되는 경우가 있다. 혹은 예정 대로의 막 종류여도, 이상(異常)인 성막 처리가 이루어진 반도체 웨이퍼가 반입되는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 반도체 웨이퍼의 표면 반사율이 예정과는 상이하여, 원하는 처리 결과를 얻을 수 없게 된다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 정상이 아닌 기판을 적확하게 검출할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 처리 대상이 되는 기판에 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피를 설정하는 레시피 설정 공정과, 상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과, 상기 레시피 설정 공정에서 설정된 레시피와 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율에 의거하여, 가열 처리 시의 상기 기판의 온도를 산정하는 온도 산정 공정과, 상기 온도 산정 공정에서 산정된 상기 기판의 온도를 표시하는 표시 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 처리 대상이 되는 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과, 반사율, 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피 및 가열 처리 시의 기판의 온도를 서로 관련지은 데이터 베이스로부터 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율에 대응하는 레시피 및 기판의 온도를 추출하는 추출 공정과, 상기 추출 공정에서 추출된 레시피 및 기판의 온도를 표시하는 표시 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 2의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 추출 공정에서 추출된 레시피 및 기판의 온도에 의거하여 상기 처리 대상이 되는 기판의 처리 조건을 설정하는 설정 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 처리 대상이 되는 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과, 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율에 의거하여 상기 기판이 가열 처리 시의 목표 온도에 도달하는데 필요한 처리 조건을 산정하는 처리 조건 산정 공정과, 상기 처리 조건 산정 공정에서 산정된 처리 조건을 표시하는 표시 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 4의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 처리 조건 산정 공정에서 산정된 처리 조건을 규정한 레시피를 상기 기판에 설정하는 설정 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 처리 대상이 되는 기판의 예상 반사율을 입력하는 입력 공정과, 상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과, 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율과 상기 예상 반사율을 비교하는 비교 공정과, 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율이 상기 예상 반사율로부터 소정 범위를 초과하여 벗어나 있을 때에 경고를 발보(發報)하는 발보 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 기판에 대한 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피의 설정을 받아들이는 입력부와, 상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와, 상기 입력부로부터 설정된 레시피와 상기 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 의거하여, 가열 처리 시의 상기 기판의 온도를 산정하는 온도 산정부와, 상기 온도 산정부에 의해 산정된 상기 기판의 온도를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와, 반사율, 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피 및 가열 처리 시의 기판의 온도를 서로 관련지은 데이터 베이스를 저장하는 기억부와, 상기 데이터 베이스로부터 상기 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 대응하는 레시피 및 기판의 온도를 추출하는 추출부와, 상기 추출부에 의해 추출된 레시피 및 기판의 온도를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 8의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 추출부에 의해 추출된 레시피 및 기판의 온도에 의거하여 상기 처리 대상이 되는 기판의 처리 조건을 설정하는 설정부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와, 상기 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 의거하여 상기 기판이 가열 처리 시의 목표 온도에 도달하는데 필요한 처리 조건을 산정하는 처리 조건 산정부와, 상기 처리 조건 산정부에 의해 산정된 처리 조건을 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 11의 발명은, 청구항 10의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 처리 조건 산정부에 의해 산정된 처리 조건을 규정한 레시피를 상기 기판에 설정하는 설정부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 12의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 광을 조사하는 광조사부와, 상기 기판의 예상 반사율의 입력을 받아들이는 입력부와, 상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와, 상기 반사율 측정부에서 측정된 반사율과 상기 예상 반사율을 비교하는 비교부와, 상기 반사율 측정부에서 측정된 반사율이 상기 예상 반사율로부터 소정 범위를 초과하여 벗어나 있을 때에 경고를 발보하는 발보부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1의 발명에 의하면, 레시피 설정 공정에서 설정된 레시피와 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율에 의거하여, 가열 처리 시의 기판의 온도를 산정하여 표시하기 때문에, 그 예측 온도를 참고로 하여 처리 조건을 설정할 수 있어, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있다.
청구항 2 및 청구항 3의 발명에 의하면, 데이터 베이스로부터 측정된 반사율에 대응하는 레시피 및 기판의 온도를 추출하여, 그 레시피 및 기판의 온도를 표시하기 때문에, 과거의 실적에 의거하여 처리 조건을 설정할 수 있어, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있다.
청구항 4 및 청구항 5의 발명에 의하면, 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율에 의거하여 기판이 가열 처리 시의 목표 온도에 도달하는데 필요한 처리 조건을 산정하여 표시하기 때문에, 실측의 반사율로부터 연산 처리에 의해 구해진 처리 조건을 설정할 수 있어, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있다.
청구항 6의 발명에 의하면, 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율이 예상 반사율로부터 소정 범위를 초과하여 벗어나 있을 때에 경고를 발보하기 때문에, 정상이 아닌 기판을 적확하게 검출할 수 있다.
청구항 7의 발명에 의하면, 입력부로부터 설정된 레시피와 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 의거하여, 가열 처리 시의 상기 기판의 온도를 산정하여 표시부에 표시하기 때문에, 그 예측 온도를 참고로 하여 처리 조건을 설정할 수 있어, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있다.
청구항 8 및 청구항 9의 발명에 의하면, 데이터 베이스로부터 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 대응하는 레시피 및 기판의 온도를 추출하여, 그 레시피 및 기판의 온도를 표시부에 표시하기 때문에, 과거의 실적에 의거하여 처리 조건을 설정할 수 있어, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있다.
청구항 10 및 청구항 11의 발명에 의하면, 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 의거하여 기판이 가열 처리 시의 목표 온도에 도달하는데 필요한 처리 조건을 산정하여 표시하기 때문에, 실측의 반사율로부터 연산 처리에 의해 구해진 처리 조건을 설정할 수 있어, 열처리 조건의 조건 설정을 용이하게 행할 수 있다.
청구항 12의 발명에 의하면, 반사율 측정부에서 측정된 반사율이 예상 반사율로부터 소정 범위를 초과하여 벗어나 있을 때에 경고를 발보하기 때문에, 정상이 아닌 기판을 적확하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 열처리부의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 5는 서셉터의 평면도이다.
도 6은 서셉터의 단면도이다.
도 7은 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 8은 이재 기구의 측면도이다.
도 9는 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 반사율 측정부 및 제어부의 구성을 나타내는 도이다.
도 11은 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼의 도달 예측 온도 산정 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 12은 표시부에 표시되는 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
도 13은 제2 실시 형태의 제어부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 14는 제2 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼의 도달 예측 온도를 구하는 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 15는 제3 실시 형태의 제어부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 16은 제3 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼의 처리 조건의 설정 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 17은 제4 실시 형태의 반사율 측정부 및 제어부의 구성을 나타내는 도이다.
도 18은 제4 실시 형태에 있어서의 반사율에 의거하는 반도체 웨이퍼의 검사 방법의 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 19는 제4 실시 형태에 있어서의 표시부에 표시되는 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
우선, 본 발명에 따른 열처리 장치의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)를 나타내는 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다. 열처리 장치(100)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있어, 열처리 장치(100)에 의한 가열 처리에 의해 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도에 있어서는, 이해 용이를 위해, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다. 또, 도 1~도 3의 각 도에 있어서는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위해, Z축 방향을 연직 방향으로 하고, XY 평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 붙이고 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 열처리 장치(100)는, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 외부로부터 장치 내에 반입함과 함께 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101), 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트부(230), 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각을 행하는 2개의 냉각부(130, 140), 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 가열 처리를 실시하는 열처리부(160) 및 냉각부(130, 140) 및 열처리부(160)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 행하는 반송 로봇(150)을 구비한다. 또, 열처리 장치(100)는, 상기의 각 처리부에 설치된 동작 기구 및 반송 로봇(150)을 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열 처리를 진행시키는 제어부(3)를 구비한다.
인덱서부(101)는, 복수의 캐리어(C)(본 실시 형태에서는 2개)를 늘어놓아 재치(載置)하는 로드 포트(110)와, 각 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출함과 함께, 각 캐리어(C)에 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도 로봇(120)을 구비하고 있다. 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의해 반송되어 로드 포트(110)에 재치됨과 함께, 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차에 의해 로드 포트(110)로부터 운반된다.
또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)에 대해 임의의 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행할 수 있도록, 캐리어(C)가 도 2의 화살표 CU로 나타내는 바와 같이 승강 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 캐리어(C)의 형태로서는, 반도체 웨이퍼(W)를 밀폐 공간에 수납하는 FOUP(front opening unified pod) 외에, SMIF(Standard Mechanical Inter Face) 포드나 수납한 반도체 웨이퍼(W)를 바깥 공기에 노출시키는 OC(open cassette)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S로 나타내는 바와 같은 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타내는 바와 같은 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 수도 로봇(120)은, 2개의 캐리어(C)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행함과 함께, 얼라인먼트부(230) 및 2개의 냉각부(130, 140)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다. 수도 로봇(120)에 의한 캐리어(C)에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 출납은, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 캐리어(C)의 승강 이동에 의해 행해진다. 또, 수도 로봇(120)과 얼라인먼트부(230) 또는 냉각부(130, 140)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 수도 로봇(120)의 승강 동작에 의해 행해진다.
얼라인먼트부(230)는, Y축 방향을 따른 인덱서부(101)의 측방에 접속되어 설치되어 있다. 얼라인먼트부(230)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전시켜 플래시 가열에 적절한 방향으로 향하게 하는 처리부이다. 얼라인먼트부(230)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 얼라인먼트 챔버(231)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지하여 회전시키는 기구(도 10의 회전 지지부(237), 회전 모터(238)), 및, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 형성된 노치나 오리엔테이션 플랫 등을 광학적으로 검출하는 기구 등을 설치하여 구성된다. 또, 얼라인먼트 챔버(231)에는, 그 내부에서 지지되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정하는 반사율 측정부(232)가 설치되어 있다. 반사율 측정부(232)는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 광을 조사함과 함께, 당해 표면에서 반사된 반사광을 수광하여, 그 반사광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다.
얼라인먼트부(230)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 수도 로봇(120)에 의해 행해진다. 수도 로봇(120)으로부터 얼라인먼트 챔버(231)로는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 건네어진다. 얼라인먼트부(230)에서는, 인덱서부(101)로부터 수취한 반도체 웨이퍼(W)의 중심부를 회전 중심으로 하여 연직 방향축 둘레에서 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 또, 반사율 측정부(232)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다. 방향 조정이 종료된 반도체 웨이퍼(W)는 수도 로봇(120)에 의해 얼라인먼트 챔버(231)로부터 취출된다.
반송 로봇(150)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 반송 공간으로서 반송 로봇(150)을 수용하는 반송 챔버(170)가 설치되어 있다. 그 반송 챔버(170)의 세 방면에 열처리부(160)의 처리 챔버(6), 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)가 연통 접속되어 있다.
열처리 장치(100)의 주요부인 열처리부(160)는, 예비 가열을 행한 반도체 웨이퍼(W)에 크세논 플래시 램프(FL)로부터의 섬광(플래시광)을 조사하여 플래시 가열 처리를 행하는 기판 처리부이다. 이 열처리부(160)의 구성에 대해서는 더 후술한다.
2개의 냉각부(130, 140)는, 대체로 동일한 구성을 구비한다. 냉각부(130, 140)는 각각, 알루미늄 합금제의 하우징인 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트와, 그 상면에 재치된 석영판을 구비한다(모두 도시 생략). 당해 냉각 플레이트는, 펠티에 소자 또는 항온수 순환에 의해 상온(약 23℃)으로 온도 조절되어 있다. 열처리부(160)에서 플래시 가열 처리가 실시된 반도체 웨이퍼(W)는, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입되어 당해 석영판에 재치되어 냉각된다.
제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 모두, 인덱서부(101)와 반송 챔버(170) 사이에서, 그들의 쌍방에 접속되어 있다. 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)에는, 반도체 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 2개의 개구가 형성되어 있다. 제1 쿨 챔버(131)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(181)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제1 쿨 챔버(131)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(183)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(181)를 통하여 접속되고, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(183)를 통하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제1 쿨 챔버(131) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(181)가 개방된다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(183)가 개방된다. 게이트 밸브(181) 및 게이트 밸브(183)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제1 쿨 챔버(131)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또, 제2 쿨 챔버(141)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(182)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제2 쿨 챔버(141)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(184)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(182)를 통하여 접속되고, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(184)를 통하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제2 쿨 챔버(141) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(182)가 개방된다. 또, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(184)가 개방된다. 게이트 밸브(182) 및 게이트 밸브(184)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제2 쿨 챔버(141)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또한, 냉각부(130, 140)는 각각, 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141)에 청정한 질소 가스를 공급하는 가스 공급 기구와 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기 기구를 구비한다. 이들 가스 공급 기구 및 배기 기구는, 유량을 2단계로 전환 가능하게 되어 있어도 된다.
반송 챔버(170)에 설치된 반송 로봇(150)은, 연직 방향을 따른 축을 중심으로 화살표 150R로 나타내는 바와 같이 선회 가능하게 된다. 반송 로봇(150)은, 복수의 아암 세그먼트로 이루어지는 2개의 링크 기구를 가지고, 그들 2개의 링크 기구의 선단에는 각각 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a, 151b)가 설치되어 있다. 이들 반송 핸드(151a, 151b)는 상하로 소정의 피치만큼 떨어져 배치되어, 링크 기구에 의해 각각 독립적으로 동일 수평 방향으로 직선적으로 슬라이드 이동 가능하게 되어 있다. 또, 반송 로봇(150)은, 2개의 링크 기구가 설치되는 베이스를 승강 이동함으로써, 소정의 피치만큼 떨어진 상태인 채로 2개의 반송 핸드(151a, 151b)를 승강 이동시킨다.
반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141) 또는 열처리부(160)의 처리 챔버(6)를 수도 상대로서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(출납)를 행할 때에는, 우선, 양반송 핸드(151a, 151b)가 수도 상대와 대향하도록 선회하고, 그 후 (또는 선회하고 있는 동안에) 승강 이동하여 어느 하나의 반송 핸드가 수도 상대와 반도체 웨이퍼(W)를 수도하는 높이에 위치한다. 그리고, 반송 핸드(151a(151b))를 수평 방향으로 직선적으로 슬라이드 이동시켜 수도 상대와 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다.
반송 로봇(150)과 수도 로봇(120)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 냉각부(130, 140)를 통하여 행할 수 있다. 즉, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)는, 반송 로봇(150)과 수도 로봇(120) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서도 기능하는 것이다. 구체적으로는, 반송 로봇(150) 또는 수도 로봇(120) 중 한쪽이 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 건넨 반도체 웨이퍼(W)를 다른쪽이 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 수도가 행해진다. 반송 로봇(150) 및 수도 로봇(120)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 캐리어(C)로부터 열처리부(160)로까지 반송하는 반송 기구가 구성된다.
상술한 바와 같이, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이에는 각각 게이트 밸브(181, 182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141) 사이에는 각각 게이트 밸브(183, 184)가 설치되어 있다. 또한, 반송 챔버(170)와 열처리부(160)의 처리 챔버(6) 사이에는 게이트 밸브(185)가 설치되어 있다. 열처리 장치(100) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적절히 이들 게이트 밸브가 개폐된다. 또, 반송 챔버(170) 및 얼라인먼트 챔버(231)에도 가스 공급부로부터 질소 가스가 공급됨과 함께, 그들 내부의 분위기가 배기부에 의해 배기된다(모두 도시 생략).
다음에, 열처리부(160)의 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 열처리부(160)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여 가열 처리를 행하는 처리 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 램프 하우스(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 램프 하우스(4)를 구비한다. 처리 챔버(6)의 상측에 플래시 램프 하우스(5)가 설치됨과 함께, 하측에 할로겐 램프 하우스(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리부(160)는, 처리 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다.
처리 챔버(6)는, 통형의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 가지고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 처리 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 처리 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 할로겐 램프(HL)로부터의 광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되고, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 모두 원환형으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 처리 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 처리 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사 링(68)의 하단면과, 반사 링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 처리 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환형으로 형성되어, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 처리 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(노구(爐口))(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이 때문에, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 오목부(62)를 통과하여 열처리 공간(65)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 열처리 공간(65)으로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출을 행할 수 있다. 또, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또, 처리 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있으며, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 통하여 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 처리 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 또, 가스 공급관(83)의 경로 도중에는 밸브(84)가 끼워져 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)에 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)에 유입된 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로서는, 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 질소).
한편, 처리 챔버(6)의 내벽 하부에는 열처리 공간(65) 내의 기체를 배기하는 가스 배기 구멍(86)이 형성되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 형성되어 있으며, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 통하여 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 끼워져 있다. 밸브(89)가 개방되면, 열처리 공간(65)의 기체가 가스 배기 구멍(86)으로부터 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배출된다. 또한, 가스 공급 구멍(81) 및 가스 배기 구멍(86)은, 처리 챔버(6)의 둘레 방향을 따라 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기 기구(190)는, 열처리 장치(100)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(100)가 설치되는 공장의 유틸리티여도 된다.
또, 반송 개구부(66)의 선단에도 열처리 공간(65) 내의 기체를 배출하는 가스 배기관(191)이 접속되어 있다. 가스 배기관(191)은 밸브(192)를 통하여 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통하여 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 4는, 유지부(7)의 전체 외관을 나타내는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환형상으로부터 일부가 결락된 원호형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치됨으로써, 처리 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 3 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 지지된다. 도 5는, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 6은, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드 링(76) 및 복수의 기판 지지 핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 가진다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 가지는 원환형상의 부재이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 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 용착되도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해 유지 플레이트(75)에 고정되도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드 링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드 링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라 30°마다 합계 12개의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 직경(대향하는 기판 지지 핀(77) 간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 4로 되돌아와, 기대 링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해 고정적으로 연결되어 있다. 이와 같은 유지부(7)의 기대 링(71)이 처리 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 처리 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 처리 챔버(6)에 장착된 상태에 있어서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직 방향과 일치하는 자세)가 된다. 즉, 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)은 수평면이 된다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 처리 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 상에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지 핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 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 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 하부 방사 온도계(20)(도 3 참조)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 설치되어 있다. 즉, 하부 방사 온도계(20)가 개구부(78)를 통하여 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 형성되어 있다.
도 7은, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 8은, 이재 기구(10)의 측면도이다. 이재 기구(10)는, 2개의 이재 아암(11)을 구비한다. 이재 아암(11)은, 대체로 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워 설치되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 7의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 보았을 때에 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 2점 쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 이재 동작 위치는 서셉터(74)의 하방이며, 퇴피 위치는 서셉터(74)보다 바깥쪽이다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의해 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통 구멍(79)(도 4, 5 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 튀어나온다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내고, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 열도록 이동시키면 각 이재 아암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 아암(11)의 퇴피 위치는, 유지부(7)의 기대 링(71)의 바로 윗쪽이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치되어 있기 때문에, 이재 아암(11)의 퇴피 위치는 오목부(62)의 내측이 된다. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시 생략한 배기 기구가 설치되어 있어, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 처리 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 되돌아와, 처리 챔버(6)에는 상부 방사 온도계(25) 및 하부 방사 온도계(20)의 2개의 방사 온도계가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이, 하부 방사 온도계(20)는, 서셉터(74)의 개구부(78)를 통하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 수광하여, 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 한편, 상부 방사 온도계(25)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여, 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정한다. 상부 방사 온도계(25)로서는, 플래시 광조사 시에 급격하게 변화하는 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도 변화에 추종할 수 있도록 고속 방사 온도계를 이용하는 것이 바람직하다.
처리 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 램프 하우스(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 램프 하우스(5)의 하우징(51)의 저부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 램프 하우스(5)의 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형의 석영창이다. 플래시 램프 하우스(5)가 처리 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버 창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 처리 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버 창(63)을 통하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통형상을 가지는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉형의 유리관(방전관)과, 당해 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되고 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이와 같은 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 가진다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 극히 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해 조정할 수 있다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)의 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.
처리 챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 램프 하우스(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 복수의 할로겐 램프(HL)는 처리 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 통하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행한다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 상하 2단으로 각 20개씩의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통형상을 가지는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상단, 하단 모두 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도가 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 의해 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자형으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향과 하단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 직교하도록 합계 40개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 배치된 필라멘트에 통전함으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(요오드, 브롬 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프(HL)는, 통상의 백열 전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 가진다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)로의 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 램프 하우스(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 3). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다.
상기의 구성 이외에도 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 램프 하우스(4), 플래시 램프 하우스(5) 및 처리 챔버(6)의 과잉한 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 처리 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 램프 하우스(4) 및 플래시 램프 하우스(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열(排熱)하는 공냉 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버 창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 램프 하우스(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
도 10은, 얼라인먼트부(230)에 설치된 반사율 측정부(232) 및 제어부(3)의 구성을 나타내는 도이다. 반사율 측정부(232)는, 투광부(300), 수광부(235), 하프 미러(236) 및 반사율 산정부(31)를 구비한다. 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231) 내에는, 반도체 웨이퍼(W)를 지지하여 회전시키는 회전 지지부(237)와 당해 회전 지지부(237)를 회전 구동하는 회전 모터(238)가 설치되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 회전 지지부(237)를 회전 모터(238)가 회전시킴으로써, 당해 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
투광부(300)는, 할로겐 광원이나 LED 광원 등의 광원을 구비하여 반사율 측정용의 광을 출사한다. 수광부(235)는 수광한 광의 강도를 전기 신호로 변환하는 수광 소자를 구비한다. 투광부(300)로부터 출사된 광은 하프 미러(236)에 의해 반사되어 회전 지지부(237)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 수직으로 조사된다. 투광부(300)로부터 조사된 광은 반도체 웨이퍼(W)의 상면에서 반사된다. 그 반사광은 하프 미러(236)를 투과하여 수광부(235)에 의해 수광된다. 제어부(3)의 반사율 산정부(31)는, 수광부(235)가 수광한 반사광의 강도에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 반사율을 산정한다. 또한, 투광부(300)는, 조사하는 파장역이 상이한 복수의 광원을 구비하고 있어도 되고, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 복수 개소에 광을 조사하는 것이어도 된다. 투광부(300)가 파장역이 상이한 복수의 광원을 구비하고 있으면, 광역 파장에 걸쳐 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 측정할 수 있다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 복수 개소에 광을 조사하면, 국소적인 패턴 의존성을 경감하는 것이 가능해진다.
제어부(3)는, 열처리 장치(100)에 설치된 상기의 다양한 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 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(100)에 있어서의 처리가 진행된다. 반사율 산정부(31) 및 온도 산정부(36)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 온도 산정부(36)의 처리 내용에 대해서는 더 후술한다. 또한, 도 1에 있어서는, 인덱서부(101) 내에 제어부(3)를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
또, 제어부(3)에는 표시부(34) 및 입력부(33)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 표시부(34)에 다양한 정보를 표시한다. 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 표시부(34)에 표시된 정보를 확인하면서, 입력부(33)로부터 다양한 커멘드나 파라미터를 입력할 수 있다. 입력부(33)로서는, 예를 들면 키보드나 마우스를 이용할 수 있다. 표시부(34)로서는, 예를 들면 액정 디스플레이를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 표시부(34) 및 입력부(33)로서, 열처리 장치(100)의 외벽에 설치된 액정의 터치 패널을 채용하여 쌍방의 기능을 겸비하게 하도록 하고 있다.
다음에, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)의 처리 동작에 대해서 설명한다. 여기에서는, 우선 제품이 되는 통상의 반도체 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)(W)에 대한 전형적인 처리 동작에 대해서 설명한다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(100)에 의한 플래시 광조사 가열 처리(어닐)에 의해 실행된다.
우선, 불순물이 주입된 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 회전 지지부(237)에 지지한 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심부를 회전 중심으로 하여 수평면 내에서 연직 방향축 둘레에서 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
다음에, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입된 미처리 반도체 웨이퍼(W)는 반송 로봇(150)에 의해 반송 챔버(170)에 반출된다. 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 거쳐 반송 챔버(170)에 이송될 때에는, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위한 패스로서 기능하는 것이다.
반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 열처리부(160)를 향하도록 선회한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하여, 반송 로봇(150)이 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 이 때에, 선행하는 가열 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)에 존재하고 있는 경우에는, 반송 핸드(151a, 151b)의 한쪽에 의해 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다. 그 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 할로겐 램프(HL)에 의해 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 플래시 가열 처리가 행해진다. 이 플래시 가열 처리에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 활성화가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 다시 개방하여, 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 챔버(170)에 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
그 후, 반송 로봇(150)이 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 이 때, 당해 반도체 웨이퍼(W)가 가열 처리 전에 제1 쿨 챔버(131)를 통과해 온 경우에는 가열 처리 후에도 제1 쿨 챔버(131)에 반입되고, 가열 처리 전에 제2 쿨 챔버(141)를 통과해 온 경우에는 가열 처리 후에도 제2 쿨 챔버(141)에 반입된다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 열처리부(160)의 처리 챔버(6)로부터 반출된 시점에서의 반도체 웨이퍼(W) 전체의 온도는 비교적 고온이기 때문에, 이것을 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서 상온 근방으로까지 냉각하는 것이다.
소정의 냉각 처리 시간이 경과한 후, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)로부터 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 캐리어(C)에 소정 장수의 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)가 수용되면, 그 캐리어(C)는 인덱서부(101)의 로드 포트(110)로부터 반출된다.
열처리부(160)에 있어서의 가열 처리에 대해서 설명을 계속한다. 처리 챔버(6)로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 함께, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되어 처리 챔버(6) 내에 대한 급배기가 개시된다. 밸브(84)가 개방되면, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)에 질소 가스가 공급된다. 또, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이것에 의해, 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 상부로부터 공급된 질소 가스가 하방으로 흘러, 열처리 공간(65)의 하부로부터 배기된다.
또, 밸브(192)가 개방됨으로써, 반송 개구부(66)로부터도 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략한 배기 기구에 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있어, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 개구부(66)가 개방되어, 반송 로봇(150)에 의해 반송 개구부(66)를 통하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 반송 로봇(150)은, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a)(또는 반송 핸드(151b))를 유지부(7)의 바로 윗쪽 위치까지 진출시키고 정지시킨다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 튀어 나와 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
미처리 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 재치된 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)를 열처리 공간(65)으로부터 퇴출시켜, 게이트 밸브(185)에 의해 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방으로까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측으로 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되어 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 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 의해 승온되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1이 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도 T1은, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산될 우려가 없는, 600℃ 내지 800℃ 정도가 된다(본 실시의 형태에서는 700℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도 T1에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1에 유지하고 있다.
이와 같은 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있지만, 할로겐 램프 하우스(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 램프(FL)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시 광조사를 행한다. 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 처리 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 처리 챔버(6) 내를 향하며, 이들의 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 극히 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 극히 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도 T2까지 상승하여, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물이 활성화된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 플래시 가열에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 극히 단시간에 승강시킬 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열확산에 필요한 시간과 비교해 극히 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 생기지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 튀어 나와 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되어, 리프트 핀(12) 상에 재치된 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151b)(또는 반송 핸드(151a))에 의해 반출된다. 반송 로봇(150)은, 반송 핸드(151b)를 리프트 핀(12)에 의해 밀어 올려진 반도체 웨이퍼(W)의 바로 아래 위치로까지 진출시키고 정지시킨다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 핸드(151b)에 건네져 재치된다. 그 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 처리 챔버(6)로부터 퇴출시켜 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
다음에, 플래시 가열 시에 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 도달하는 처리 온도 T2를 사전에 예측하는 기술에 대해서 설명한다. 도 11은, 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 도달 예측 온도 산정 순서를 나타내는 플로차트이다. 우선, 열처리 장치(100)에 로트가 반입된다(단계 S11). 로트란, 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 구체적으로는, 로트를 구성하는 복수(본 실시 형태에서는 25장)의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다.
다음에, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 각각에 대해 레시피가 설정된다(단계 S12). 레시피란, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 열처리의 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 것이다. 레시피에 따라서 제어부(3)가 열처리 장치(100)의 각 기구를 제어함으로써, 반도체 웨이퍼(W)에 대해 상술한 바와 같은 예비 가열 처리 및 플래시 가열 처리가 실행된다. 레시피는, 미리 복수 종류 작성되어 제어부(3)의 기억부 등에 저장되어 있다. 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 입력부(33) 및 표시부(34)로서 기능하는 터치 패널로부터 적당한 레시피를 선택하여 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 각각에 대해 개별적으로 설정한다. 전형적으로는, 1개의 캐리어(C)에는 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 복수의 반도체 웨이퍼(W)가 수용되어 있기 때문에, 이와 같은 경우에는 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 공통의 레시피를 1개 설정하도록 해도 된다. 또, 처리 순서만 규정된 처리 순서 레시피와, 처리 조건만 규정된 처리 조건 레시피가, 따로 따로, 미리 복수 종류 작성되어 제어부(3)의 기억부 등에 저장되고, 레시피 설정 시에 그들을 조합하여 이용해도 된다.
복수의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 레시피가 설정된 후, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)가 회전 지지부(237)에 의해 지지된다. 그리고, 반사율 측정부(232)가 회전 지지부(237)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다(단계 S13). 구체적으로는, 반사율 측정부(232)의 투광부(300)로부터 출사된 광은 하프 미러(236)에 의해 반사되어 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 입사각 0°로 조사된다. 투광부(300)로부터 조사된 광은 반도체 웨이퍼(W)의 표면에서 반사되고, 그 반사광은 하프 미러(236)를 투과하여 수광부(235)에 의해 수광된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 반사광 강도가 취득된다.
또, 제어부(3)의 기억부에는, 패턴 형성이나 이온 주입이 이루어져 있지 않은 실리콘의 베어 웨이퍼에 대해서 상기와 동일한 수법에 의해 반사율 측정부(232)가 미리 측정한 반사광 강도가 저장되어 있다. 반사율 산정부(31)는, 베어 웨이퍼의 반사광 강도를 레퍼런스로 하여, 수광부(235)가 수광한 반도체 웨이퍼(W)의 반사광 강도를 베어 웨이퍼의 반사광 강도로 나눔으로써 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 산정한다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 베어 웨이퍼에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 상대 반사율을 산정하는 것이다. 산정된 반도체 웨이퍼(W)의 반사율은 제어부(3)의 기억부에 기억된다.
반사율 측정이 종료된 후, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 측정 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여 로드 포트(110)의 캐리어(C)에 되돌린다. 즉, 열처리 장치(100)에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 측정하기 위한 전용의 반송 모드가 설치되어 있으며, 그 반송 모드에서는 얼라인먼트 챔버(231)로부터 반출된 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)에는 반송되지 않고 즉시 원래의 캐리어(C)에 되돌려지는 것이다.
단계 S13의 반사율 측정은, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 모두에 대해 순차적으로 실행된다. 즉, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)는 순차적으로 얼라인먼트 챔버(231)에 반송되어 반사율이 측정되고, 측정 후에 순차적으로 원래의 캐리어(C)에 되돌려진다.
캐리어(C)에 수용되어 있는 모든 반도체 웨이퍼(W)의 반사율 측정이 완료된 후, 제어부(3)의 온도 산정부(36)가 반도체 웨이퍼(W)의 도달 예측 온도를 산정한다(단계 S14). 캐리어(C)에 수용되어 있는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는 처리 조건을 규정한 레시피가 설정되어 있다. 레시피에는 처리 조건으로서 예를 들면 플래시 광조사 시의 플래시 램프(FL)의 방전 전압이나 조사 시간(펄스폭) 등이 규정되어 있다. 보다 구체적으로는, 플래시 램프(FL)의 방전 전압은, 플래시 램프(FL)에 전하를 공급하는 콘덴서로의 충전 전압에 의해 규정되어 있다. 또, 플래시 램프(FL)의 조사 시간은, 예를 들면 플래시 램프(FL)에 접속된 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 게이트에 인가하는 펄스 파형에 의해 규정되어 있다.
또, 캐리어(C)에 수용되어 있는 모든 반도체 웨이퍼(W)의 반사율(상대 반사율)도 측정되어 있다. 즉, 캐리어(C)에 수용되어 있는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 대해서, 웨이퍼의 광학 특성으로서의 반사율 및 플래시 램프(FL)의 광학 특성으로서의 방전 전압이나 조사 시간이 파라미터로서 취득되어 있는 것이다. 온도 산정부(36)는, 이들 파라미터에 의거하여 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 모두에 대해서 플래시 광조사 시의 표면의 도달 예측 온도를 산정한다. 구체적으로는, 설정되어 있는 레시피에 규정된 처리 조건에서 베어 웨이퍼를 처리했을 때의 표면 도달 온도가 실측되어 보존되어 있다. 온도 산정부(36)는, 베어 웨이퍼에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 상대 반사율과 베어 웨이퍼의 표면 도달 온도에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 도달 예측 온도를 산정하는 것이다. 반도체 웨이퍼(W)의 상대 반사율이 1 미만인 경우에는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 도달 예측 온도는 베어 웨이퍼의 표면 도달 온도보다 높아진다. 또한, 도달 예측 온도는, 일정 시간의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도 변화를 나타내는 온도 프로파일이어도 되고, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 최고 도달 온도여도 된다.
계속해서, 제어부(3)는, 온도 산정부(36)에 의해 산정된 반도체 웨이퍼(W)의 도달 예측 온도를 표시부(34)에 표시한다(단계 S15). 도 12는, 표시부(34)에 표시되는 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 표시 화면에는, 캐리어(C)의 캐리어 ID와 함께, 캐리어(C)에 수용되어 있는 25장의 반도체 웨이퍼(W)의 모두에 대해서, 실측된 반사율, 설정된 레시피 및 산정된 도달 예측 온도가 표시된다.
열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 표시부(34)의 표시 화면으로부터 반도체 웨이퍼(W)의 도달 예측 온도를 파악할 수 있다. 오퍼레이터는, 표시된 도달 예측 온도에 의거하여 레시피의 처리 조건의 수정, 또는, 레시피의 재설정을 행한다. 예를 들면, 도달 예측 온도가 원하는 목표 온도보다 높은 경우에는, 오퍼레이터는 반도체 웨이퍼(W)의 도달 온도가 낮아지도록, 플래시 램프(FL)의 방전 전압을 낮게 하거나, 플래시광의 조사 시간을 짧게 한다.
제1 실시 형태에 있어서는, 설정된 레시피와 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 반사율에 의거하여, 플래시 가열 처리 시의 반도체 웨이퍼(W)의 도달 예측 온도를 산정하여, 그 산정된 도달 예측 온도를 표시하고 있다. 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 표시된 도달 예측 온도를 말하자면 발판으로 하여 처리 조건을 설정할 수 있기 때문에, 시행 착오에 의해 최적의 조건을 찾아내는 수법과 비교해 용이하게 열처리의 조건 설정을 행할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(100)의 구성 및 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제2 실시 형태에 있어서는, 도달 예측 온도를 구하는 수법이 제1 실시 형태와 상이하다.
도 13은, 제2 실시 형태의 제어부(3)의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 13에 있어서, 제1 실시 형태(도 10)와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 제2 실시 형태의 제어부(3)는, 반사율 산정부(31)에 더하여 추출부(37) 및 설정부(38)를 구비한다. 추출부(37) 및 설정부(38)도 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이며, 그 처리 내용에 대해서는 후술한다.
제2 실시 형태에 있어서는, 제어부(3)의 기억부인 자기 디스크(35)에 데이터 베이스(DB)가 저장되어 있다. 이 데이터 베이스(DB)에는, 과거의 플래시 가열 처리에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 반사율과, 레시피와, 온도가 서로 관련지어져 등록되어 있다. 데이터 베이스(DB)에 등록되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 반사율은, 얼라인먼트 챔버(231)에서 반사율 측정부(232)에 의해 측정된 실측의 반사율이다. 데이터 베이스(DB)에 등록되어 있는 레시피는, 당해 반도체 웨이퍼(W)에 설정된 레시피이다. 또, 데이터 베이스(DB)에 등록되어 있는 온도는, 플래시 가열 처리 시에 상부 방사 온도계(25)에 의해 실측된 당해 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도이다. 데이터 베이스(DB)에 등록되는 온도는, 일정 시간의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도 변화를 나타내는 온도 프로파일이어도 되고, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 최고 도달 온도여도 된다.
도 14는, 제2 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 도달 예측 온도를 구하는 순서를 나타내는 플로차트이다. 우선, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 열처리 장치(100)에 로트가 반입된다(단계 S21). 즉, 로트를 구성하는 복수(본 실시 형태에서는 25장)의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다.
캐리어(C)가 로드 포트(110)에 재치된 후, 제2 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다(단계 S22). 구체적으로는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)가 회전 지지부(237)에 의해 지지된다. 그리고, 제1 실시 형태와 동일하게 하여 반사율 측정부(232)가 회전 지지부(237)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다.
반사율 측정이 종료된 후, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 측정 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여 로드 포트(110)의 캐리어(C)에 되돌린다. 단계 S22의 반사율 측정은, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 모두에 대해 순차적으로 실행된다. 즉, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)는 순차적으로 얼라인먼트 챔버(231)에 반송되어 반사율이 측정되고, 측정 후에 순차적으로 원래의 캐리어(C)에 되돌려진다.
다음에, 제어부(3)의 추출부(37)가 데이터 베이스(DB)를 검색하여, 단계 S22에서 실측된 반도체 웨이퍼(W)의 반사율과 동일 또는 근사한 반사율에 관련지어진 레시피 및 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 추출한다(단계 S23). 계속해서, 제어부(3)는, 추출부(37)에 의해 추출된 레시피 및 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 표시부(34)에 표시한다(단계 S24).
데이터 베이스(DB)에는, 과거의 플래시 가열 처리에 있어서의 실적이 등록되어 있다. 추출부(37)가 추출한 레시피 및 온도는, 처리 대상으로 하고 있는 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 정도의 반사율의 웨이퍼에 대해 과거에 행해진 플래시 가열 처리의 실적에 의거하는 것이다. 따라서, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 표시부(34)의 표시 내용을 확인함으로써, 처리 대상으로 하고 있는 반도체 웨이퍼(W)에 대해 어느 레시피를 설정하면 가열 처리 시에 어느 정도의 온도에 도달하는지를 파악할 수 있다. 오퍼레이터는, 표시된 레시피 및 온도에 의거하여, 캐리어(C)에 수용되어 있는 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 적절한 레시피를 설정함과 함께, 필요에 따라 레시피에 규정되어 있는 처리 조건을 수정한다(단계 S25). 즉, 오퍼레이터는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 원하는 목표 온도에 도달하는 레시피를 선택하여 플래시 램프(FL)의 방전 전압이나 플래시광의 조사 시간을 설정하는 것이다.
단계 S25의 레시피 설정은, 제어부(3)의 설정부(38)가 자동적으로 행하도록 해도 된다. 예를 들면, 오퍼레이터가 입력부(33)로부터 원하는 목표 온도를 입력하면, 설정부(38)가 상기의 검색 결과에 의거하여 목표 온도에 근사한 온도가 얻어지는 레시피를 선택하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 설정하도록 해도 된다. 또한, 설정부(38)가 보다 목표 온도에 가까운 온도가 얻어지도록 레시피의 처리 조건을 미(微)수정, 즉 레시피에 규정되어 있는 플래시 램프(FL)의 방전 전압이나 플래시광의 조사 시간을 미수정하도록 해도 된다.
이와 같이 하여 설정된 레시피에 따라서 열처리 장치(100)에서 반도체 웨이퍼(W)에 열처리를 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)를 상기의 목표 온도로 가열할 수 있다.
제2 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열 처리의 실적이 등록된 데이터 베이스(DB)에 의거하여 처리 대상으로 하고 있는 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 정도의 반사율을 가지는 웨이퍼에 대한 과거의 실적을 추출하여 표시하고 있다. 그와 같은 과거의 실적에 의거하여 처리 대상으로 하고 있는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 조건을 설정할 수 있기 때문에, 시행 착오에 의해 최적의 조건을 찾아내는 수법과 비교해 용이하게 열처리의 조건 설정을 행할 수 있다.
＜제3 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태의 열처리 장치(100)의 구성 및 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제3 실시 형태에 있어서는, 처리 조건을 설정하는 수법이 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 상이하다.
도 15는, 제3 실시 형태의 제어부(3)의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 15에 있어서, 제1 실시 형태(도 10) 및 제2 실시 형태(도 13)와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 제3 실시 형태의 제어부(3)는, 반사율 산정부(31)에 더하여 조건 산정부(39) 및 설정부(38)를 구비한다. 조건 산정부(39) 및 설정부(38)도 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이며, 그 처리 내용에 대해서는 후술한다.
도 16은, 제3 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 조건의 설정 순서를 나타내는 플로차트이다. 우선, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 열처리 장치(100)에 로트가 반입된다(단계 S31). 즉, 로트를 구성하는 복수(본 실시 형태에서는 25장)의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다.
캐리어(C)가 로드 포트(110)에 재치된 후, 제3 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다(단계 S32). 구체적으로는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)가 회전 지지부(237)에 의해 지지된다. 그리고, 제1 실시 형태와 동일하게 하여 반사율 측정부(232)가 회전 지지부(237)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다.
반사율 측정이 종료된 후, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 측정 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여 로드 포트(110)의 캐리어(C)에 되돌린다. 단계 S32의 반사율 측정은, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 모두에 대해 순차적으로 실행된다. 즉, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)는 순차적으로 얼라인먼트 챔버(231)에 반송되어 반사율이 측정되고, 측정 후에 순차적으로 원래의 캐리어(C)에 되돌려진다.
다음에, 제어부(3)의 조건 산정부(39)가 단계 S32에서 실측된 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 반사율에 의거하여, 당해 반도체 웨이퍼(W)가 원하는 목표 온도로 가열되기 위한 처리 조건을 산정한다(단계 S33). 조건 산정부(39)는, 반도체 웨이퍼(W)의 광학 특성인 실측의 반사율에 공지된 연산 모델을 적용하여, 원하는 목표 온도를 얻는데 필요한 플래시 램프(FL)의 방전 전압이나 플래시광의 조사 시간 등을 처리 조건으로서 산정하는 것이다. 산정된 처리 조건은 표시부(34)에 표시된다.
다음에, 제어부(3)의 설정부(38)가 단계 S33에서 산정된 처리 조건을 규정한 레시피를 작성하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 설정한다(단계 S34). 이와 같이 하여 설정된 레시피에 따라서 열처리 장치(100)에서 반도체 웨이퍼(W)에 열처리를 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)를 상기의 목표 온도로 가열할 수 있다. 또한, 표시부(34)의 표시 내용에 따라서, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 레시피를 작성하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 설정하도록 해도 된다.
제3 실시 형태에 있어서는, 실측한 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 반사율로부터 당해 반도체 웨이퍼(W)가 원하는 목표 온도에 도달하기 위한 처리 조건을 산정하고, 그 처리 조건을 규정한 레시피를 작성하여 당해 반도체 웨이퍼(W)에 설정하고 있다. 실측의 반사율로부터 연산 처리에 의해 구해진 반도체 웨이퍼(W)의 처리 조건을 설정할 수 있기 때문에, 시행 착오에 의해 최적의 조건을 찾아내는 수법과 비교해 용이하게 열처리의 조건 설정을 행할 수 있다.
＜제4 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 제4 실시 형태의 열처리 장치(100)의 구성 및 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는 제1 실시 형태와 대체로 동일하다.
도 17은, 제4 실시 형태의 반사율 측정부(232) 및 제어부(3)의 구성을 나타내는 도이다. 도 17에 있어서, 제1 실시 형태(도 10)와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 반사율 산정부(31), 비교부(335) 및 발보부(336)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 비교부(335) 및 발보부(336)의 처리 내용에 대해서는 더 후술한다.
도 18은, 제4 실시 형태에 있어서의 반사율에 의거하는 반도체 웨이퍼(W)의 검사 방법의 순서를 나타내는 플로차트이다. 우선, 열처리 장치(100)에 로트가 반입된다(단계 S41). 로트란, 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 구체적으로는, 로트를 구성하는 복수(본 실시 형태에서는 25장)의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다.
캐리어(C)가 로드 포트(110)에 재치되면, 도 19에 나타내는 바와 같은 화면이 표시부(34)에 표시된다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 표시 화면에는, 캐리어(C)의 캐리어 ID와 함께, 캐리어(C)에 수용되어 있는 25장의 반도체 웨이퍼(W)의 모두에 대해서, 예상 반사율(Predict)의 입력 박스, 실측 반사율(Reflect)의 표시 박스 및 레시피(Recipe)의 표시 박스가 표시된다.
열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 입력부(33) 및 표시부(34)로서 기능하는 터치 패널로부터 예상 반사율의 입력 박스에 예상 반사율을 입력한다(단계 S42). 캐리어(C)에 수용되어 열처리 장치(100)에 반입되는 반도체 웨이퍼(W)에 형성되어 있는 막이나 패턴은 판명되어 있으며, 그 막 종류 등에 따른 반사율도 이미 알려진 것이다. 따라서, 오퍼레이터는, 반입되는 반도체 웨이퍼(W)에 형성되어 있는 막 종류 등에 따른 반사율을 예상 반사율로서 입력하는 것이다. 입력된 예상 반사율은, 도 19에 나타내는 예상 반사율의 입력 박스에 표시된다.
다음에, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 각각의 반사율을 측정한다(단계 S43). 구체적으로는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)가 회전 지지부(237)(도 17)에 의해 지지된다. 반사율 측정부(232)의 투광부(300)로부터 출사된 광은 하프 미러(236)에 의해 반사되어 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 입사각 0°로 조사된다. 투광부(300)로부터 조사된 광은 반도체 웨이퍼(W)의 표면에서 반사되고, 그 반사광은 하프 미러(236)를 투과하여 수광부(235)에 의해 수광되어 그 강도가 측정된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 반사광 강도가 취득된다.
또, 제어부(3)의 기억부에는, 패턴 형성이나 이온 주입이 이루어져 있지 않은 실리콘의 베어 웨이퍼에 대해서 상기와 동일한 수법에 의해 반사율 측정부(232)가 미리 측정한 반사광 강도가 저장되어 있다. 반사율 산정부(31)는, 베어 웨이퍼의 반사광 강도를 레퍼런스로 하여, 수광부(235)가 취득한 반도체 웨이퍼(W)의 반사광 강도를 베어 웨이퍼의 반사광 강도로 나눔으로써 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 산정한다. 즉, 제4 실시 형태에 있어서는, 베어 웨이퍼에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 상대 반사율을 산정하는 것이다. 이와 같이 하여 반사율 측정부(232)에 의해 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 반사율은 제어부(3)의 기억부에 기억됨과 함께, 도 19에 나타내는 실측 반사율의 표시 박스에 표시된다.
반사율 측정이 종료된 후, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 측정 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여 로드 포트(110)의 캐리어(C)에 되돌린다. 즉, 통상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리에서는, 얼라인먼트 챔버(231)로부터 취출한 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 거쳐 처리 챔버(6)에 반송하고 있었으나, 도 18의 시퀀스에서는 얼라인먼트 챔버(231)로부터 취출한 반도체 웨이퍼(W)를 직접 원래의 캐리어(C)에 되돌리고 있는 것이다. 이와 같이, 제4 실시 형태의 열처리 장치(100)에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 측정하기 위한 전용의 반송 모드가 탑재되어 있다. 그 반송 모드에서는, 캐리어(C)로부터 취출한 반도체 웨이퍼(W)를 얼라인먼트 챔버(231)에 반입하여 반사율 측정을 행하고, 그 후 얼라인먼트 챔버(231)로부터 반출한 반도체 웨이퍼(W)를 직접 캐리어(C)에 되돌리고 있다. 이 전용의 반송 모드에서는, 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)까지 반송하지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 반사율 측정을 단시간에 행할 수 있다.
단계 S43의 반사율 측정은, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 모두에 대해 순차적으로 실행된다. 즉, 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)는 순차적으로 얼라인먼트 챔버(231)에 반송되어 반사율이 측정되고, 측정 후에 순차적으로 원래의 캐리어(C)에 되돌려진다. 복수의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 측정된 반사율은 순차적으로 표시부(34)에 표시된다.
캐리어(C)에 수용되어 있는 모든 반도체 웨이퍼(W)의 반사율 측정이 완료된 후, 제어부(3)의 비교부(335)가 단계 S42에서 입력된 예상 반사율과 단계 S43에서 측정된 실측 반사율을 비교한다(단계 S44). 구체적으로는, 예상 반사율에 대한 허용 범위(예를 들면, 예상 반사율에 대해 ±3%)가 미리 장치 파라미터로서 제어부(3)의 기억부에 저장되어 있다. 이 허용 범위는, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 적당히 임의의 값으로 변경하는 것도 가능하다.
비교부(335)는, 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율이 예상 반사율의 허용 범위 내에 들어가 있는지 여부를 판정한다(단계 S45). 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율이 예상 반사율의 허용 범위 내에 들어가 있지 않는 경우, 즉 실측 반사율이 예상 반사율로부터 소정 범위를 초과하여 벗어나 있는 경우에는, 단계 S45에서 단계 S46으로 진행되어, 발보부(336)가 경고를 발보한다. 예를 들면, 발보부(336)는, 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율이 예상 반사율로부터 괴리되어 있는 취지를 표시부(34)에 표시한다. 혹은, 오퍼레이터가 인식하기 쉽도록, 발보부(336)는 점등이나 점멸 등을 행해도 된다. 또한, 발보부(336)는 경보음과 함께 경고를 표시하도록 해도 된다.
한편, 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율이 예상 반사율의 허용 범위 내에 들어가 있는 경우에는, 단계 S45에서 단계 S47로 진행되어, 캐리어(C)에 수용되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시한다. 각 반도체 웨이퍼(W)에는, 도 19에서 설정된 레시피에 따라서 상술한 순서로 처리가 실행된다.
제4 실시 형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율과 예상 반사율을 비교하여, 실측 반사율이 예상 반사율의 허용 범위로부터 벗어나 있는 경우에는 알람을 발보하도록 하고 있다. 실측 반사율이 예상 반사율의 허용 범위로부터 벗어나 있는 경우는, 캐리어(C)에 수용되어 열처리 장치(100)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)가 정상이 아닌 경우, 예를 들면 예정과는 상이한 막 종류 등이 형성되어 있거나, 혹은 예정된 막 종류이지만 이상(異常)인 막두께로 되어 있는 경우이다. 제4 실시 형태에서는, 실측 반사율이 예상 반사율의 허용 범위로부터 벗어나 있는 경우에는 알람을 발보하고 있기 때문에, 정상이 아닌 반도체 웨이퍼(W)를 적확하게 검출할 수 있어, 그와 같은 정상이 아닌 반도체 웨이퍼(W)에 대한 오처리를 미연에 방지할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명했지만, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제3 실시 형태에 있어서는, 제어부(3)의 조건 산정부(39)가 처리 조건을 산정하고 있었지만, 이 대신에, 열처리 장치(100)의 외부에 별도 설치된 컴퓨터에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 반사율로부터 처리 조건을 산정하도록 해도 된다. 제어부(3)는 기본적으로는 열처리 장치(100)의 각 부를 제어하기 위한 제어용 컴퓨터이기 때문에, 다양한 파라미터를 사용하여 복잡한 연산 처리를 행하는 경우에는, 전용의 컴퓨터에 의해 처리 조건을 산정하는 것이 바람직하다.
또, 제4 실시 형태에 있어서는, 캐리어(C)에 수용되어 있는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 개별적으로 예상 반사율을 입력하고 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 전형적으로는, 1개의 캐리어(C)에는 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 복수의 반도체 웨이퍼(W)가 수용되어 있기 때문에, 이와 같은 경우에는 캐리어(C)에 수용되어 있는 복수의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 공통의 예상 반사율을 1개 입력하도록 해도 된다.
또, 제4 실시 형태에 있어서 실측 반사율을 측정하여 예상 반사율과의 비교 판정은 캐리어(C)에 수용되어 있는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 행할 필요는 없고, 일부의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서만 행하도록 해도 된다. 이 경우, 일부의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 샘플링 검사가 행해지게 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 반사율 측정부(232)를 얼라인먼트 챔버(231)에 설치하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 반사율 측정부(232)를 반도체 웨이퍼(W)의 반송 경로 상의 임의의 위치(예를 들면, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141))에 설치하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 플래시 램프(FL)의 갯수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것이 아니라, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 갯수도 40개로 한정되는 것이 아니라, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(100)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것이 아니라, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다.
3: 제어부 4: 할로겐 램프 하우스
5: 플래시 램프 하우스 6: 처리 챔버
7: 유지부 10: 이재 기구
31: 반사율 산정부 33: 입력부
34: 표시부 35: 자기 디스크
36: 온도 산정부 37: 추출부
38: 설정부 39: 조건 산정부
65: 열처리 공간 74: 서셉터
100: 열처리 장치 101: 인덱서부
120: 수도 로봇 130, 140: 냉각부
150: 반송 로봇 151a, 151b: 반송 핸드
160: 열처리부 231: 얼라인먼트 챔버
232: 반사율 측정부 335: 비교부
336: 발보부 DB: 데이터 베이스
FL: 플래시 램프 HL: 할로겐 램프
W: 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    처리 대상이 되는 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과,
    반사율, 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피 및 가열 처리 시의 기판의 온도를 서로 관련지은 데이터 베이스로부터 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율에 대응하는 레시피 및 기판의 온도를 추출하는 추출 공정과,
    상기 추출 공정에서 추출된 레시피 및 기판의 온도를 표시하는 표시 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추출 공정에서 추출된 레시피 및 기판의 온도에 의거하여 상기 처리 대상이 되는 기판의 처리 조건을 설정하는 설정 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    처리 대상이 되는 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과,
    상기 반사율 측정 공정에서 측정된 반사율에 의거하여 상기 기판이 가열 처리 시의 목표 온도에 도달하는데 필요한 처리 조건을 산정하는 처리 조건 산정 공정과,
    상기 처리 조건 산정 공정에서 산정된 처리 조건을 표시하는 표시 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 처리 조건 산정 공정에서 산정된 처리 조건을 규정한 레시피를 상기 기판에 설정하는 설정 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와,
    반사율, 처리 순서 및 처리 조건을 규정한 레시피 및 가열 처리 시의 기판의 온도를 서로 관련지은 데이터 베이스를 저장하는 기억부와,
    상기 데이터 베이스로부터 상기 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 대응하는 레시피 및 기판의 온도를 추출하는 추출부와,
    상기 추출부에 의해 추출된 레시피 및 기판의 온도를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 추출부에 의해 추출된 레시피 및 기판의 온도에 의거하여 상기 처리 대상이 되는 기판의 처리 조건을 설정하는 설정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와,
    상기 반사율 측정부에 의해 측정된 반사율에 의거하여 상기 기판이 가열 처리 시의 목표 온도에 도달하는데 필요한 처리 조건을 산정하는 처리 조건 산정부와,
    상기 처리 조건 산정부에 의해 산정된 처리 조건을 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 처리 조건 산정부에 의해 산정된 처리 조건을 규정한 레시피를 상기 기판에 설정하는 설정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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