KR20190103935A - 열처리 방법 - Google Patents

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마사시 후루카와
요시오 이토
히로키 요시이
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

(과제) 챔버에 대한 기판의 반출입에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 열처리 방법을 제공한다.
(해결 수단) 반도체 웨이퍼가 반출 가능 온도 T3으로까지 강온되는 시각 t7보다 전의 시각 t6에 반도체 웨이퍼를 처리 챔버로부터 반출하기 위한 반출 준비 동작을 개시한다. 또, 반도체 웨이퍼에 대한 처리가 개시되는 시각 t2보다 후의 시각 t3에 게이트 밸브가 닫혀 반도체 웨이퍼를 처리 챔버에 반입하는 동작이 완료된다. 반도체 웨이퍼의 처리를 위한 기간과 반도체 웨이퍼의 반출입을 위한 기간을 오버랩시킴으로써, 처리 챔버에 대한 반도체 웨이퍼의 반출입에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

Description

열처리 방법{HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형상 정밀 전자 기판(이하, 단순히 「기판」이라 칭함)에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 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(수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역으로부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 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 온도로까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
특허 문헌 1에는, 처리 챔버의 하방에 배치된 할로겐 램프에 의해서 반도체 웨이퍼를 예비 가열한 후, 처리 챔버의 상방에 배치된 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프 어닐링 장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 개시된 장치에서는, 반송 로봇에 의해서 처리 챔버로부터 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼를 취출함과 더불어, 미처리의 반도체 웨이퍼를 처리 챔버에 반입하는 웨이퍼 교체를 행하여 복수장의 반도체 웨이퍼에 순차적으로 처리를 행하도록 하고 있다.
일본국 특허 공개 2018-6513호 공보
특허 문헌 1에 개시되는 장치에서는, 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼를 처리 챔버로부터 반출할 때에, 반도체 웨이퍼가 소정 온도 이하로까지 강온된 후, 수도(受渡)용 이재(移載) 암이 구동함과 더불어, 처리 챔버의 게이트 밸브가 열려 있었다. 또, 미처리의 반도체 웨이퍼를 처리 챔버에 반입할 때에도, 이재 암 및 게이트 밸브의 구동을 수반한다. 이들의 구동에는 상응하는 시간을 필요로 하므로, 결과적으로 반도체 웨이퍼의 반출입에 필요로 하는 시간이 길어진다고 하는 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 챔버에 대한 기판의 반출입에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에서 서셉터에 유지된 제1 기판에 램프로부터 광을 조사하여 당해 제1 기판을 가열하는 가열 공정과, 상기 램프를 소등하여 상기 제1 기판을 상기 챔버로부터 반출할 수 있는 반출 가능 온도로까지 냉각하는 냉각 공정을 구비하고, 상기 제1 기판이 상기 반출 가능 온도로 강온되기보다도 전에 상기 제1 기판을 상기 챔버로부터 반출하기 위한 반출 준비 동작을 개시하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 반출 준비 동작은, 상기 챔버에 기판을 반입출하기 위한 반송 개구부에 설치된 게이트 밸브를 개방하는 공정과, 상기 서셉터에 대해 기판의 이재를 행하는 이재 암을 상기 서셉터보다 외방의 퇴피 위치로부터 상기 서셉터의 하방의 이재 동작 위치로 이동시킴과 더불어, 상기 이재 암을 상승시켜 상기 이재 암에 세워 설치된 리프트 핀을 상기 서셉터보다 상방으로 돌출시켜 상기 제1 기판을 수취하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 2의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 챔버의 외부에 설치된 반송 로봇의 반송 핸드가 상기 반출 가능 온도로까지 강온된 상기 제1 기판을 상기 리프트 핀으로부터 수취해 상기 챔버로부터 반출하는 반출 공정을 더 구비하고, 상기 제1 기판이 상기 챔버로부터 반출된 후에도 상기 이재 암이 상기 퇴피 위치로 되돌아오지 않고 상기 이재 동작 위치에 대기하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 반송 핸드가 상기 제1 기판을 수취해 상기 반송 개구부로부터 퇴출한 후, 정지할 때까지의 이동 기간 중에 상기 반송 핸드에 상기 제1 기판이 유지되어 있는지 아닌지를 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 4의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 제1 기판이 상기 챔버로부터 반출된 후, 상기 반송 로봇의 상기 반송 핸드가 제2 기판을 상기 반송 개구부로부터 상기 챔버 내에 반입하는 반입 공정을 더 구비하고, 상기 제2 기판이 상기 챔버 내에 반입되어 상기 제2 기판에 대한 처리를 개시한 후에 상기 게이트 밸브를 닫는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 5의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 제2 기판이 상기 챔버 내에 반입되어 상기 챔버에 처리 가스를 공급하면서 상기 게이트 밸브를 닫는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 6의 발명에 의하면, 제1 기판이 반출 가능 온도로 강온되기보다도 전에 제1 기판을 챔버로부터 반출하기 위한 반출 준비 동작을 개시하므로, 제1 기판의 처리 기간 중에 반출 준비 동작을 개시하게 되어, 챔버에 대한 기판의 반출입에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
특히, 청구항 3의 발명에 의하면, 제1 기판이 챔버로부터 반출된 후에도 이재 암이 퇴피 위치로 되돌아오지 않고 이재 동작 위치에 대기하기 때문에, 이재 암이 퇴피 위치와 이재 동작 위치 사이를 이동하는데 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 반송 핸드가 제1 기판을 수취해 반송 개구부로부터 퇴출한 후, 정지할 때까지의 이동 기간 중에 반송 핸드에 제1 기판이 유지되어 있는지 아닌지를 판정하기 때문에, 기판의 유무의 판정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
특히, 청구항 5의 발명에 의하면, 제2 기판이 챔버 내에 반입되어 제2 기판에 대한 처리를 개시한 후에 게이트 밸브를 닫기 때문에, 제2 기판의 반입 동작이 완료되기 전에 처리를 개시하게 되어, 챔버에 대한 기판의 반출입에 필요로 하는 시간을 더욱 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 방법에 사용하는 열처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 열처리부의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 5는 서셉터의 평면도이다.
도 6은 서셉터의 단면도이다.
도 7은 이재 기구의 평면도이다.
도 8은 이재 기구의 측면도이다.
도 9는 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 열처리부에 있어서의 반도체 웨이퍼의 표면 온도의 변화를 나타내는 도이다.
도 11은 열처리부에 있어서의 반도체 웨이퍼의 반출입 동작을 개념적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 열처리 방법을 실시하기 위한 열처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 열처리 방법에 사용하는 열처리 장치(100)를 나타내는 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원 판 형상의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다. 열처리 장치(100)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있고, 열처리 장치(100)에 의한 가열 처리에 의해서 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다. 또, 도 1~도 3의 각 도면에 있어서는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위해 Z축방향을 연직 방향으로 하고, XY평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 부여하고 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 열처리 장치(100)는, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 외부로부터 장치 내에 반입함과 더불어 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101), 미처리의 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 수도를 행하는 반송 로봇(150)을 구비한다. 또, 열처리 장치(100)는, 상기 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 실시형태에서는 2개)를 나란히 재치(載置)하는 로드 포트(110)와, 각 캐리어(C)로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 취출함과 더불어, 각 캐리어(C)에 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도 로봇(120)을 구비하고 있다. 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의해서 반송되어 로드 포트(110)에 재치됨과 더불어, 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차에 의해서 로드 포트(110)로부터 가져가진다.
또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)에 대해 임의의 반도체 웨이퍼(W)의 출입을 행할 수 있도록, 캐리어(C)가 도 2의 화살표 CU로 나타낸 바와 같이 승강 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 캐리어(C)의 형태로는, 반도체 웨이퍼(W)를 밀폐 공간에 수납하는 FOUP(front opening unified pod) 외에, SMIF(Standard Mechanical Inter Face) 포드나 수납한 반도체 웨이퍼(W)를 외기에 노출시키는 OC(open cassette)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S로 나타낸 바와 같은 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타낸 바와 같은 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 수도 로봇(120)은, 2개의 캐리어(C)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 출입을 행함과 더불어, 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 출입은, 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 의해서 행해진다.
얼라인먼트부(230)는, Y축방향을 따른 인덱서부(101)의 측방에 접속되어 설치되어 있다. 얼라인먼트부(230)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전시켜 플래시 가열에 적절한 방향을 향하는 처리부이다. 얼라인먼트부(230)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 얼라이먼트 챔버(231)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세에 지지하여 회전시키는 기구, 및, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 형성된 노치나 오리엔테이션 플랫 등을 광학적으로 검출하는 기구 등을 설치해 구성된다.
얼라인먼트부(230)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 수도 로봇(120)에 의해서 행해진다. 수도 로봇(120)으로부터 얼라이먼트 챔버(231)에는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 건네진다. 얼라인먼트부(230)에서는, 인덱서부(101)로부터 수취한 반도체 웨이퍼(W)의 중심부를 회전 중심으로 하여 연직 방향축 둘레로 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 방향 조정이 종료된 반도체 웨이퍼(W)는 수도 로봇(120)에 의해서 얼라이먼트 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 또한 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 도 시 생략). 당해 냉각 플레이트는, 펠티에 소자 또는 항온수 순환에 의해서 상온( 약 23℃)으로 온도 조절되고 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 둘 다, 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 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제1 쿨 챔버(131)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(183)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(181)를 통해 접속되고, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(183)를 통해 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 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제2 쿨 챔버(141)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(184)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(182)를 통해 접속되고, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(184)를 통해 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. 이들의 가스 공급 기구 및 배기 기구는, 유량을 2단계로 전환 가능하게 되어 있어도 된다.
반송 챔버(170)에 설치된 반송 로봇(150)은, 연직 방향에 따른 축을 중심으로 화살표 150R로 나타낸 바와 같이 선회 가능하게 된다. 반송 로봇(150)은, 복수의 암 세그먼트로 이루어지는 2개의 링크 기구를 갖고, 그들 2개의 링크 기구의 선단에는 각각 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a, 151b)가 설치되어 있다. 이들 반송 핸드(151a, 151b)는 상하에 소정의 피치만큼 간격을 두고 배치되고, 링크 기구에 의해 각각 독립적으로 동일 수평 방향으로 직선적으로 슬라이드 이동 가능하게 되어 있다. 또, 반송 로봇(150)은, 2개의 링크 기구가 설치되는 베이스를 승강 이동시킴으로써, 소정의 피치만큼 떨어진 상태인 채 2개의 반송 핸드(151a, 151b)를 승강 이동시킨다.
반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(13), 제2 쿨 챔버(141) 또는 열처리부(160)의 처리 챔버(6)를 수도 상대로서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(출입)를 행할 때에는, 우선, 양 반송 핸드(151a, 151b)가 수도 상대와 대향하도록 선회하고, 그 후(또는 선회하고 있는 동안에) 승강 이동하여 어느 한 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 통해 행할 수 있다. 즉, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)는, 반송 로봇(150)과 수도 로봇(120) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서도 기능하는 것이다. 구체적으로는, 반송 로봇(150) 또는 수도 로봇(120) 중 한쪽이 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 건네준 반도체 웨이퍼(W)를 다른쪽이 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 수도가 행해진다.
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)의 내부에는 웨이퍼 센서(155)가 설치되어 있다(도 2). 웨이퍼 센서(155)는, 투수광 센서로 구성되고, 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151a(151b))에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되어 있는지 아닌지를 판정한다. 구체적으로는, 웨이퍼 센서(155)는, 투사한 광이 차광되어 있을 때에는 반송 핸드(151a(151b))에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되고 있다고 판정하고, 차광되어 있지 않을 때에는 반송 핸드(151a(151b))에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되어 있지 않다고 판정한다. 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 반송 핸드(151a(151b))는 소정 경로를 따라서 이동한다. 웨이퍼 센서(155)는, 반송 핸드(151a(151b))가 그 소정 경로의 특정 위치를 통과했을 때에, 반송 핸드(151a(151b))에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되어 있는지 아닌지를 판정한다. 또한, 반송 챔버(170) 및 얼라이먼트 챔버(231)에도 가스 공급부로부터 질소 가스가 공급됨과 더불어, 그들의 내부 분위기가 배기부에 의해서 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 더불어, 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, 통형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 갖고 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 원판 형상 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 원판 형상 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, 둘 다 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 끼워넣고 도시 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 둘 다 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 의해서 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 따라서 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료(예를 들면, 스테인리스스틸)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 의해서 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 있고, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 개재하여 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 처리 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 또, 가스 공급관(83)의 경로 도중에는 밸브(84)가 삽입되어 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)에 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)에 유입한 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 가스로는, 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스를 이용할 수 있다(본 실시형태에서는 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 있고, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 개재하여 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 삽입되어 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 둘레방향을 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형상인 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 개재하여 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 개재하여 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 구비해 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 암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 재치됨으로써, 처리 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 3 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해서 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 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 의해서 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 평면형상의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 위를 따라서 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) 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 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 4로 되돌아와서, 기대 링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 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) 위에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해서 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 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 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 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 방사 온도계(20)(도 3 참조)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해서 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(20)가 개구부(78)를 개재하여 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 위해서 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 암(11)을 구비한다. 이재 암(11)은, 대체로 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워 설치되어 있다. 각 이재 암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 암(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 봤을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 이점쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 이재 동작 위치는 서셉터(74)의 하방이며, 퇴피 위치는 서셉터(74)보다 외방이다. 수평 이동 기구(13)로는, 개별의 모터에 의해서 각 이재 암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해서 한 쌍의 이재 암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 암(11)은, 승강 기구(14)에 의해서 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통 구멍(79)(도 4, 5 참조)를 통과해, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출한다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내어, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 암(11)을 벌리도록 이동시키면 각 이재 암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 암(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 암(11)의 퇴피 위치는 오목부(62)의 내측이 된다. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시 생략한 배기 기구가 설치되어 있으며, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 처리 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 되돌아와서, 처리 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 램프 하우스(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 구비해 구성된다. 또, 플래시 램프 하우스(5)의 하우징(51)의 바닥부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 램프 하우스(5)의 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판상의 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 개재하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통 형상을 갖는 봉형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행이 되도록 평면형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해서 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되어 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉형상의 유리관(방전관)과, 이 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체라는 점에서, 콘덴서에 전하가 축적되고 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가해 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 모아진 전기가 유리관 내에 순간적으로 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 모아져 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 매우 짧은 광펄스로 변환되는 점에서, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 매우 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해서 조정할 수 있다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)의 측에 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블래스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
처리 챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 램프 하우스(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 복수의 할로겐 램프(HL)는 처리 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 개재하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행한다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태에서는, 상하 2단으로 각 20개씩의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통 형상을 갖는 봉형상 램프이다. 상단, 하단 둘 다 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 둘 다 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상단, 하단 둘 다 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 둘 다, 램프 배열의 중앙부보다 주연부 쪽이 할로겐 램프(HL)의 설치 피치가 짧다. 이로 인해, 할로겐 램프(HL)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 격자형상으로 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 설치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 설치된 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 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형상 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)로의 방사 효율이 뛰어난 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)측에 반사한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(100)에 설치된 상기 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 독출 전용 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(100)에 있어서의 처리가 진행된다. 또한, 도 1에 있어서는, 인덱서부(101) 내에 제어부(3)를 나타내고 있는데, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
상기 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 과잉의 온도 상승을 방지하기 위해서, 다양한 냉각용 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 처리 챔버(6)의 벽체에는 수랭관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 램프 하우스(4) 및 플래시 램프 하우스(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열(排熱)하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버 창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 램프 하우스(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
다음에, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 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(어닐링)에 의해 실행된다. 여기에서는, 열처리 장치(100)에 있어서의 개략적인 반도체 웨이퍼(W)의 반송 수순에 대해서 설명한 후, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리에 대해서 설명한다.
우선, 불순물이 주입된 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태에서 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하고, 얼라인먼트부(230)의 얼라이먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라이먼트 챔버(231)에서는, 회전 지지부에 지지한 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심부를 회전 중심으로 하여 수평면 내에서 연직 방향축 둘레로 회전시키고, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
다음에, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)이 얼라이먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출해, 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 미처리의 반도체 웨이퍼(W)는 반송 로봇(150)에 의해서 반송 챔버(170)에 반출된다. 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 거쳐 반송 챔버(170)로 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, 반송 로봇(150)이 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 이 때, 선행하는 가열 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)에 존재하고 있는 경우에는, 반송 핸드(151a, 151b) 중 한쪽에 의해서 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 다른쪽에 의해서 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 할로겐 램프(HL)에 의해서 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해서 플래시 가열 처리가 행해진다. 이 플래시 가열 처리에 의해 불순물의 활성화가 행해진다. 열처리부(160)에 있어서의 플래시 가열 처리 및 처리 챔버(6)에 대한 웨이퍼 교체에 대해서는 추후에 상세하게 기술한다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 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.
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. 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 반출해, 캐리어(C)로 반환한다. 캐리어(C)에 소정 장수의 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)가 수용되면, 그 캐리어(C)는 인덱서부(101)의 로드 포트(110)로부터 반출된다.
열처리부(160)에 있어서의 플래시 가열 처리에 대해서 설명을 계속한다. 도 10은, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 변화를 나타내는 도면이다. 선행하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리가 종료되어 그 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)로부터 반출된 후, 게이트 밸브(185)는 열린 채이며, 반송 개구부(66)는 개방되어 있다. 그리고, 시각 t1에 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)에 의해서 반송 개구부(66)로부터 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다.
반송 로봇(150)은, 처리 대상의 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a(또는 반송 핸드 151b))를 유지부(7)의 바로 위 위치까지 진출시켜 정지시킨다. 계속해서, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 암(11)이 이재 동작 위치에서 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과해 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출해 반송 핸드(151a)로부터 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 의해 밀어올려져 재치된 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)를 열처리 공간(65)으로부터 퇴출시킨다. 그리고, 시각 t2에 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리가 개시된다. 구체적으로는, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용 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. 이에 의해, 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 상부로부터 공급된 질소 가스가 하방으로 흐르고, 열처리 공간(65)의 하부로부터 배기된다. 또, 밸브(192)가 개방됨으로써, 반송 개구부(66)로부터도 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 개시된 후, 시각 t3에 게이트 밸브(185)가 닫혀 반송 개구부(66)가 닫힌다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6) 내에 반입되어 처리 챔버(6)에 질소 가스를 공급하면서 게이트 밸브(185)를 닫는 것이다. 또, 게이트 밸브(185)를 닫음과 더불어, 한 쌍의 이재 암(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) 위에 세워 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 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 의해서 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 암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 벌리도록 수평 이동하여 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해서 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 시각 t4에 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 암(11)은 오목부(62)의 내측으로 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 개재하여 방사된 적외광을 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중인 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 승온되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 아닌지를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(20)에 의한 측정치에 의거해, 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 실시형태에서는 700℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도 T1로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(20)에 의해서 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정해, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
이러한 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 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있지만, 할로겐 램프 하우스(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역 쪽이 높게 되어 있다. 이로 인해, 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 T1에 도달하여 소정 시간이 경과한 시각 t5에 플래시 램프(FL)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시 광조사를 행한다. 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 처리 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 처리 챔버(6) 내를 향하고, 이들 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지므로, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 모아져 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 활성화 된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 플래시 가열에서는 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 시간에 비해 매우 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 발생하지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 할로겐 램프(HL)도 소등된다. 플래시 램프(FL) 및 할로겐 램프(HL)의 쌍방이 소등됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 급속하게 강온된다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 플래시 가열 처리가 종료된 직후의 반도체 웨이퍼(W)는 상당히 고온이며, 그 고온의 반도체 웨이퍼(W)를 바로 처리 챔버(6)로부터 반출하면 반도체 웨이퍼(W)가 산화하거나, 반송 로봇(150)에 열데미지를 줄 우려가 있다. 그래서, 플래시 가열 처리가 종료된 후, 처리 챔버(6) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반출 가능 온도 T3 이하로 강온될 때까지 대기하고 나서, 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)로부터 반송 챔버(170)로 반출한다. 반출 가능 온도 T3이란, 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)로부터 반송 챔버(170)로 반출해도 산화 등의 지장이 없는 온도, 즉 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)로부터 반출할 수 있는 온도이다. 반출 가능 온도 T3은, 예를 들면 350℃이다.
플래시 램프(FL) 및 할로겐 램프(HL)의 소등 후, 반도체 웨이퍼(W)는 처리 챔버(6) 내에서 시각 t7에 반출 가능 온도 T3으로까지 강온된다. 본 실시형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)가 반출 가능 온도 T3으로까지 강온되는 시각 t7보다 전의 시각 t6에 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)로부터 반출하기 위한 반출 준비 동작을 개시한다. 구체적으로는, 시각 t6에, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동한다. 그리고, 이재 동작 위치로 이동한 한 쌍의 이재 암(11)이 상승해, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과해 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면보다 상방으로 돌출한다. 이에 의해, 서셉터(74)에 유지되어 있던 반도체 웨이퍼(W)는 리프트 핀(12)에 의해서 밀어올려져 수취된다.
또, 시각 t6에는, 이재 암(11)이 반도체 웨이퍼(W)를 수취함과 더불어, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방된다. 반송 개구부(66)가 개방되면, 반송 챔버(170) 내의 분위기가 처리 챔버(6)에 혼입될 우려가 있는데, 처리 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 그러한 분위기 혼입을 억제할 수 있다. 또, 반송 챔버(170) 내의 분위기가 약간 처리 챔버(6)에 혼입되었다고 해도, 반송 챔버(170) 내도 청정한 질소 분위기로 되어 있기 때문에, 처리 챔버(6) 내의 산소 농도 상승을 최소한으로 억제하여 반도체 웨이퍼(W)의 산화를 방지할 수 있다. 다만, 플래시 가열 처리 직후의 반도체 웨이퍼(W)가 고온일 때에 반송 개구부(66)를 개방하면, 처리 챔버(6) 내의 미소한 산소 농도 상승이어도 반도체 웨이퍼(W)가 산화될 염려가 있기 때문에, 게이트 밸브(185)를 개방하는 시각 t6은, 처리 챔버(6)로의 분위기 혼입에 기인한 반도체 웨이퍼(W)가 산화될 염려가 없어지는 개구부 개방 가능 온도(예를 들면, 500℃) 이하로까지 반도체 웨이퍼(W)가 강온된 시점으로 하는 것이 바람직하다.
챔버(6) 내에서 리프트 핀(12)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)가 반출 가능 온도 T3으로까지 강온된 시각 t7에, 반송 로봇(150)이 빈 반송 핸드(151b)(또는 반송 핸드(151a))를 반송 개구부(66)로부터 진입시키고, 리프트 핀(12)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 직하 위치로까지 진출시켜 정지시킨다. 그리고, 한 쌍의 이재 암(11)이 하강함으로써, 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)으로부터 반송 핸드(151b)에 건네져 재치된다. 계속해서, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 처리 챔버(6)로부터 퇴출시켜 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
한편, 하강하여 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼낸 한 쌍의 이재 암(11)은 이재 동작 위치로부터 퇴피 위치로는 되돌아오지 않고, 이재 동작 위치에 머문다. 즉, 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)로부터 반출된 후에도, 한 쌍의 이재 암(11)은 퇴피 위치로 되돌아오지 않고 이재 동작 위치에 대기하고 있는 것이다.
또, 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 수취한 반송 핸드(151b)가 반송 개구부(66)로부터 퇴출된 후, 반송 챔버(170) 내의 홈 포지션으로 되돌아와서 정지할 때까지의 동안에, 반송 핸드(151b)에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되고 있는지 아닌지를 웨이퍼 센서(155)가 판정한다. 즉, 웨이퍼 센서(155)는, 반송 핸드(151b)가 반도체 웨이퍼(W)를 수취해 반송 개구부(66)로부터 퇴출한 시점에서부터 홈 포지션으로 되돌아와서 정지할 때까지의 이동 기간 중에 반송 핸드(151b)에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되고 있는지 아닌지를 확인하고 있는 것이다.
그 후 열처리부(160)에 있어서는, 상술한 바와 같은 동일한 순서가 반복되게 된다. 즉, 반송 로봇(150)이 새로운 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a)를 반송 개구부(66)로부터 처리 챔버(6) 내에 진입시키고, 퇴피 위치로 되돌아오지 않고 이재 동작 위치에 대기하고 있던 한 쌍의 이재 암(11)이 상승하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 그리고, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)를 처리 챔버(6)로부터 퇴출시킨 후, 새로운 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리를 개시하는 것이다.
도 11은, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 반출입 동작을 개념적으로 나타내는 타이밍 차트이다. 동 도면에 나타낸 시각은 도 10과 대응시킨 것이다. 본 실시형태에 있어서는, 1장의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 도 10의 시각 t2에 개시되어 시각 t7에 완료된다. 따라서, 시각 t2에서부터 시각 t7까지가 반도체 웨이퍼(W)의 처리 페이즈이다. 또한, 도 11에는, 선행하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 페이즈와 후속하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 페이즈를 나타내고 있다.
또, 도 10의 시각 t6에 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)의 반출 동작이 개시되고, 시각 t3에 새로운 반도체 웨이퍼(W)의 반입 동작이 완료된다. 따라서, 시각 t6에서부터 시각 t3까지가 반도체 웨이퍼(W)의 반출입 페이즈라고 할 수 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 처리 페이즈가 완료되기 전에, 반출입 페이즈를 개시하고 있다. 구체적으로는, 반도체 웨이퍼(W)가 반출 가능 온도 T3으로까지 강온되는 시각 t7보다 전의 시각 t6에 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)로부터 반출하기 위한 반출 준비 동작을 개시하고 있다. 반출 준비 동작에는, 게이트 밸브(185)의 개방 및 이재 암(11)의 구동이 포함된다. 종래는 반도체 웨이퍼(W)가 반출 가능 온도 T3으로까지 강온되고 나서 반출 준비 동작을 행했으나, 본 발명에서는 반도체 웨이퍼(W)가 반출 가능 온도 T3으로까지 강온되기보다도 전에 반출 준비 동작을 개시하기 때문에, 처리 챔버(6)로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
또, 도 11에 나타낸 바와 같이, 처리 페이즈가 개시된 후에, 반출입 페이즈가 종료되어 있다. 구체적으로는, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 개시되는 시각 t2보다 후의 시각 t3에 게이트 밸브(185)가 닫혀 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입하는 동작이 완료되어 있다. 종래는 반도체 웨이퍼(W)의 반입 동작이 완료되고 나서 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시했으나, 본 발명에서는 반도체 웨이퍼(W)의 반입 동작이 완료되기 전에 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리를 개시하고 있기 때문에, 처리 챔버(6)로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
요컨대, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 페이즈와 반출입 페이즈를 오버랩시킴으로써, 처리 챔버(6)에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 반출입에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 것이다. 그 결과, 열처리 장치(100)에 있어서의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)로부터 반출된 후에도, 한 쌍의 이재 암(11)은 퇴피 위치로 되돌아오지 않고 이재 동작 위치에 대기하고 있다. 이 때문에, 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 반출 후에 이재 암(11)이 이재 동작 위치로부터 퇴피 위치로 돌아오는데 필요로 하는 시간, 및, 새로운 반도체 웨이퍼(W)의 반입 시에 이재 암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 이동하는데 필요로 하는 시간이 불필요해진다. 그 결과, 처리 챔버(6)에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 반출입에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151b)가 반도체 웨이퍼(W)를 수취해 반송 개구부(66)로부터 퇴출한 시점에서부터 정지할 때까지의 이동 기간 중에 반송 핸드(151b)에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되어 있는지 아닌지가 판정된다. 종래는 반송 핸드(151b)가 홈 포지션으로 되돌아와서 정지하고 나서 반도체 웨이퍼(W)의 유무를 확인했으나, 본 실시형태와 같이 반송 핸드(151b)가 정지하기 전의 이동 기간 중에 반도체 웨이퍼(W)의 유무를 판정함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 유무의 판정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에 있어서는 반송 핸드(151b)의 이동 기간 중에 반도체 웨이퍼(W)의 유무를 판정했으나, 이와 더불어 반송 핸드(151b)가 홈 포지션으로 되돌아와서 정지했을 때에도 반도체 웨이퍼(W)의 유무를 확인하도록 해도 된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 유무의 판정에 추가해, 반송 핸드(151b)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 위치 어긋남의 어긋남량을 검출하도록 해도 된다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것이 아니라, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개로 한정되는 것은 아니며, 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 행했으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 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 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것은 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용 기판이어도 된다. 또, 본 발명에 따른 기술은, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리 실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
3：제어부
4：할로겐 램프 하우스
5：플래시 램프 하우스
6：처리 챔버
7：유지부
10：이재 기구
11：이재 암
12：리프트 핀
65：열처리 공간
66：반송 개구부
74：서셉터
81：가스 공급 구멍
100：열처리 장치
101：인덱서부
130, 140：냉각부
150：반송 로봇
151a, 151b：반송 핸드
160：열처리부
170：반송 챔버
185：게이트 밸브
230：얼라인먼트부
FL：플래시 램프
HL：할로겐 램프
W：반도체 웨이퍼

Claims (6)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에서 서셉터에 유지된 제1 기판에 램프로부터 광을 조사하여 당해 제1 기판을 가열하는 가열 공정과,
    상기 램프를 소등하여 상기 제1 기판을 상기 챔버로부터 반출할 수 있는 반출 가능 온도로까지 냉각하는 냉각 공정을 구비하고,
    상기 제1 기판이 상기 반출 가능 온도로 강온되기보다도 전에 상기 제1 기판을 상기 챔버로부터 반출하기 위한 반출 준비 동작을 개시하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반출 준비 동작은,
    상기 챔버에 기판을 반입출하기 위한 반송 개구부에 설치된 게이트 밸브를 개방하는 공정과,
    상기 서셉터에 대해 기판의 이재(移載)를 행하는 이재 암을 상기 서셉터보다 외방의 퇴피 위치로부터 상기 서셉터의 하방의 이재 동작 위치로 이동시킴과 더불어, 상기 이재 암을 상승시켜 상기 이재 암에 세워 설치된 리프트 핀을 상기 서셉터보다 상방으로 돌출시켜 상기 제1 기판을 수취하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버의 외부에 설치된 반송 로봇의 반송 핸드가 상기 반출 가능 온도로까지 강온된 상기 제1 기판을 상기 리프트 핀으로부터 수취해 상기 챔버로부터 반출하는 반출 공정을 더 구비하고,
    상기 제1 기판이 상기 챔버로부터 반출된 후에도 상기 이재 암이 상기 퇴피 위치로 되돌아오지 않고 상기 이재 동작 위치에 대기하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 반송 핸드가 상기 제1 기판을 수취해 상기 반송 개구부로부터 퇴출한 후, 정지할 때까지의 이동 기간 중에 상기 반송 핸드에 상기 제1 기판이 유지되어 있는지 아닌지를 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 기판이 상기 챔버로부터 반출된 후, 상기 반송 로봇의 상기 반송 핸드가 제2 기판을 상기 반송 개구부로부터 상기 챔버 내에 반입하는 반입 공정을 더 구비하고,
    상기 제2 기판이 상기 챔버 내에 반입되어 상기 제2 기판에 대한 처리를 개시한 후에 상기 게이트 밸브를 닫는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 기판이 상기 챔버 내에 반입되어 상기 챔버에 처리 가스를 공급하면서 상기 게이트 밸브를 닫는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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