KR20200033733A - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 방지할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 더미 웨이퍼에 대해서 할로겐 램프에 의한 예비 가열 처리 및 플래시 램프에 의한 플래시 가열 처리를 행하여 서셉터 등의 챔버 내 구조물을 온도 조절하는 더미 러닝을 행한다. 이때에, 예비 가열 처리 또는 플래시 가열 처리를 행할 때마다 예비 가열 카운터 또는 플래시 가열 카운터를 인크리먼트(increment)한다. 더미 웨이퍼의 손모치인 예비 가열 카운터 또는 플래시 가열 카운터가 소정의 역치 이상이 된 경우에는 알람을 발보한다. 이로써, 열처리 장치의 오퍼레이터는, 더미 웨이퍼의 열화가 한계치에 도달한 것을 인식하여, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 방지할 수 있다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 더미 웨이퍼를 관리하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 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, 반도체 웨이퍼의 표면만을 극히 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 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온하는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온할 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요해지는 처리, 예를 들어 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해서 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도로까지 승온할 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
전형적으로는, 열처리에 한정하지 않고 반도체 웨이퍼의 처리는 로트(동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼) 단위로 행해진다. 매엽식의 기판 처리 장치에서는, 로트를 구성하는 복수 매의 반도체 웨이퍼에 대해서 연속하여 순차적으로 처리가 행해진다. 플래시 램프 어닐링 장치에 있어서도, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼가 1매씩 챔버에 반입되어 순차적으로 열처리가 행해진다.
그런데, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼를 순차적으로 처리하는 과정에서 반도체 웨이퍼를 유지하는 서셉터 등의 챔버 내 구조물의 온도가 변화하는 경우가 있다. 이러한 현상은, 잠시 가동 정지 상태에 있던 플래시 램프 어닐링 장치에서 새롭게 처리를 개시하는 경우나 반도체 웨이퍼의 처리 온도 등의 처리 조건을 변화시킨 경우에 생긴다. 로트의 복수의 반도체 웨이퍼를 처리하는 과정에서 서셉터 등의 챔버 내 구조물의 온도가 변화하면, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼와 후반의 반도체 웨이퍼에서 처리시의 온도 이력이 상이하다고 하는 문제가 생긴다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 로트의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버 내에 반입하여 서셉터에 지지하고, 처리 대상의 로트와 동일 조건에서 플래시 가열 처리를 행함으로써, 사전에 서셉터 등의 챔버 내 구조물을 승온해 두는 것이 행해지고 있었다(더미 러닝). 특허문헌 1에는, 10매 정도의 더미 웨이퍼에 플래시 가열 처리를 행하여 서셉터 등의 챔버 내 구조물의 온도를 처리시의 안정 온도에 도달시키는 것이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2017-092102호 공보
처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼는 복수 회의 더미 러닝에서 사용되고, 반복하여 가열 처리에 제공되게 된다. 그 결과, 더미 웨이퍼의 열화가 진행되어, 그것에 수반하는 웨이퍼 균열이나 휘어짐이 생기기 쉬워진다. 더미 러닝시에 더미 웨이퍼의 균열이나 휘어짐이 생기면, 챔버 내 오염이나 반송 트러블의 원인이 된다. 이로 인해, 더미 웨이퍼의 열화 상태를 적확하게 파악하여, 열화가 진행된 더미 웨이퍼에 대해서는 적당한 타이밍에 교환하는 것이 필요해진다. 그러나, 종래는 작업자가 육안으로 종이에 써 둠으로써 더미 웨이퍼의 처리 이력을 관리하고 있었기 때문에, 열화 상태가 충분히 파악되어 있지 않고, 열화가 과도하게 진행된 더미 웨이퍼를 잘못 반송하여 가열 처리를 행한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 방지할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 더미 웨이퍼를 관리하는 열처리 방법에 있어서, 열처리에 의한 더미 웨이퍼의 손모치(損耗値)를 계수하는 계수 공정과, 상기 더미 웨이퍼의 손모치가 소정의 역치 이상이었을 때에 경고를 발보(發報)하는 발보 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 계수 공정 및 상기 발보 공정은 열처리 장치에서 상기 더미 웨이퍼의 처리를 행하고 있을 때에 실행되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 열처리 장치에서 손모치가 상기 역치에 도달되어 있는 상기 더미 웨이퍼의 반송 개시의 지시를 받았을 때에 상기 발보 공정이 실행되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 반송 개시의 지시를 받았을 때에 또한 상기 더미 웨이퍼의 반송을 금지하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 손모치는, 연속 점등 램프에 의한 예비 가열의 횟수 또는 플래시 램프에 의한 플래시 가열의 횟수인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 더미 웨이퍼를 관리하는 열처리 장치에 있어서, 더미 웨이퍼에 열처리를 행하는 열처리부와, 상기 열처리부에 상기 더미 웨이퍼를 반송하는 반송부와, 열처리에 의한 상기 더미 웨이퍼의 손모치를 계수하는 계수부와, 상기 더미 웨이퍼의 손모치가 소정의 역치 이상이었을 때에 경고를 발보하는 발보부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 6의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 열처리부에서 상기 더미 웨이퍼의 열처리를 행하고 있을 때에, 상기 계수부가 상기 더미 웨이퍼의 손모치를 계수함과 더불어, 당해 손모치가 상기 역치에 도달했을 때에 상기 발보부가 경고를 발보하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 6의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 손모치가 상기 역치에 도달되어 있는 상기 더미 웨이퍼의 반송 개시의 지시를 받았을 때에 상기 발보부가 경고를 발보하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 8의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 반송 개시의 지시를 받았을 때에 상기 반송부에 의한 상기 더미 웨이퍼의 반송을 금지하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 열처리부는, 연속 점등 램프 및 플래시 램프를 구비하고, 상기 손모치는, 상기 연속 점등 램프에 의한 예비 가열의 횟수 또는 상기 플래시 램프에 의한 플래시 가열의 횟수인 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 발명에 의하면, 더미 웨이퍼의 손모치가 소정의 역치 이상이었을 때에 경고를 발보하기 때문에, 더미 웨이퍼의 열화를 적절히 관리할 수 있고, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 방지할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 손모치가 역치에 도달되어 있는 더미 웨이퍼의 반송을 금지하기 때문에, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 보다 확실히 방지할 수 있다.
청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 발명에 의하면, 더미 웨이퍼의 손모치가 소정의 역치 이상이었을 때에 경고를 발보하기 때문에, 더미 웨이퍼의 열화를 적절히 관리할 수 있고, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 방지할 수 있다.
특히, 청구항 9의 발명에 의하면, 손모치가 역치에 도달되어 있는 더미 웨이퍼의 반송을 금지하기 때문에, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 보다 확실히 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 열처리부의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 4는 유지부의 전체 외관을 도시한 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 도시한 평면도이다.
도 10은 제어부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 11은 제1 실시 형태의 더미 웨이퍼의 관리 순서를 도시한 플로차트이다.
도 12는 제2 실시 형태의 더미 웨이퍼의 관리 순서를 도시한 플로차트이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
우선, 본 발명에 따르는 열처리 장치에 대해 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(100)를 도시한 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원판 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 아니나, 예를 들어 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, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장하거나 또는 간략화하여 그리고 있다. 또, 도 1~도 3의 각 도면에 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 도시한 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 대해서 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 올려놓는 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 올려놓여짐과 더불어, 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차가 로드 포트(110)로부터 가져간다.
또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)에 대해서 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 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 바깥 공기에 노출시키는 OC(open cassette)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S로 나타내는 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타내는 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 이로써, 수도 로봇(120)은, 2개의 캐리어(C)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행함과 더불어, 얼라인먼트부(230) 및 2개의 냉각부(130, 140)에 대해서 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 의해서 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 방향을 향하는 처리부이다. 얼라인먼트부(230)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 얼라인먼트 챔버(231)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지하여 회전시키는 기구, 및, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 형성된 노치나 오리엔테이션 플랫(orientation flat) 등을 광학적으로 검출하는 기구 등을 설치하여 구성된다.
얼라인먼트부(230)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 수도 로봇(120)에 의해서 행해진다. 수도 로봇(120)으로부터 얼라인먼트 챔버(231)로는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 건네진다. 얼라인먼트부(230)에서는, 인덱서부(101)로부터 수취한 반도체 웨이퍼(W)의 중심부를 회전 중심으로서 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 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 삼방에 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 올려놓여진 석영판을 구비한다(모두 도시 생략). 당해 냉각 플레이트는, 펠티어 소자 또는 항온수 순환에 의해서 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 반입되고 당해 석영판에 올려놓여져 냉각된다.
제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 모두, 인덱서부(101)와 반송 챔버(170) 사이에서, 그들 양방에 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 개재하여 접속되고, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(183)를 개재하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제1 쿨 챔버(131)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(181)가 개방된다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)의 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 개재하여 접속되고, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(184)를 개재하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제2 쿨 챔버(141)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(182)가 개방된다. 또, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)의 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 나타낸 바와 같이 선회 가능하게 된다. 반송 로봇(150)은, 복수의 아암 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 독립하여 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, 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 개재하여 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)의 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. 반송 로봇(150) 및 수도 로봇(120)에 의해서 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)의 사이에는 각각 게이트 밸브(181, 182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)의 사이에는 각각 게이트 밸브(183, 184)가 설치되어 있다. 또한, 반송 챔버(170)와 열처리부(160)의 처리 챔버(6)의 사이에는 게이트 밸브(185)가 설치되어 있다. 열처리 장치(100) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적당히 이들 게이트 밸브가 개폐된다. 또, 반송 챔버(170) 및 얼라인먼트 챔버(231)에도 가스 공급부로부터 질소 가스가 공급됨과 더불어, 그들 내부의 분위기가 배기부에 의해서 배기된다(모두 도시 생략).
다음으로, 열처리부(160)의 구성에 대해 설명한다. 도 3은, 열처리부(160)의 구성을 도시한 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)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다.
처리 챔버(6)는, 통형의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 가지며, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 처리 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버창(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 마루부를 구성하는 하측 챔버창(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 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 끼워넣고 도시 생략된 비스로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 처리 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버창(63), 하측 챔버창(64), 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)에 의해서 둘러싸인 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사링(68, 69)이 장착됨으로써, 처리 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, 처리 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라서 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들어, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 처리 챔버(6)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로(爐) 입구)(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이로 인해, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 오목부(62)를 통과하여 열처리 공간(65)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 열처리 공간(65)으로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출을 행할 수 있다. 또, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 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, 반사링(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 끼워 넣어져 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)으로 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)에 유입한 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 가스로는, 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 있고, 반사링(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 끼워 넣어져 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 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형인 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 도시한 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 위해서 설치되어 있다. 기대링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓여짐으로써, 처리 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 3 참조). 기대링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해서 지지된다. 도 5는, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 6은, 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 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해서 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해서 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 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 따라서 30°마다 합계 12개의 기판 지지핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지핀(77) 사이의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 지름보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 4로 돌아와, 기대링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대링(71)이 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 올려놓아져 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 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 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지핀(77)의 높이보다 가이드링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 4 및 도 5에 도시한 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 당해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해서 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 뚫려 있다.
도 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 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트핀(12)이 세워 설치되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 7의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 봤을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 이점쇄선 위치)의 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 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해서 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해서 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 4, 5 참조)을 통과하여, 리프트핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출한다. 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 위이다. 기대링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓여져 있기 때문에, 이재 아암(11)의 퇴피 위치는 오목부(62)의 내측이 된다. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시 생략된 배기 기구가 설치되어 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 처리 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 돌아와, 처리 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 램프 하우스(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수 개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 램프 하우스(5)의 하우징(51)의 바닥부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 램프 하우스(5)의 마루부를 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 챔버창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 처리 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 개재하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행하게 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해서 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉형의 유리관(방전관)과, 당해 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라고 하는 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 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 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 측으로 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 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 복수 개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 복수의 할로겐 램프(HL)는 처리 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버창(64)을 개재하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행한다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 도시한 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 상하 2단에 각 20개씩의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행하게 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 9에 도시한 바와 같이, 상단, 하단 모두 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도가 높아지고 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이로 인해, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열시에 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 있다고 하는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 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.
제어부(3)는, 열처리 장치(100)에 설치된 상기의 여러 가지의 동작 기구를 제어한다. 도 10은, 제어부(3)의 구성을 도시한 블럭도이다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크(35)를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(100)에 있어서의 처리가 진행한다. 예를 들어, 제어부(3)는, 반송 로봇(150) 및 수도 로봇(120)을 구비하는 반송 기구(38)를 제어하여 반도체 웨이퍼(W)를 설정된 반송 경로를 따라서 반송시킨다. 또한, 도 1에 있어서는, 인덱서부(101) 내에 제어부(3)를 도시하고 있는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 제어부(3)는 계수부(31) 및 발보부(32)를 구비한다. 계수부(31) 및 발보부(32)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 계수부(31) 및 발보부(32)의 처리 내용에 대해서는 또한 후술한다.
또, 제어부(3)에는 표시부(34) 및 입력부(33)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 표시부(34)에 여러 가지의 정보를 표시한다. 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 표시부(34)에 표시된 정보를 확인하면서, 입력부(33)로부터 여러 가지의 커맨드나 파라미터를 입력할 수 있다. 입력부(33)로는, 예를 들어 키보드나 마우스를 이용할 수 있다. 표시부(34)로는, 예를 들어 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 양방의 기능을 겸비하게 하도록 하고 있다.
상기의 구성 이외에도 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 램프 하우스(4), 플래시 램프 하우스(5) 및 처리 챔버(6)의 과잉인 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들어, 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 배열하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 램프 하우스(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음으로, 본 발명에 따르는 열처리 장치(100)의 처리 동작에 대해 설명한다. 여기에서는, 통상의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리 동작에 대해 설명한 후, 더미 웨이퍼의 관리에 대해 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 플래시광 조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다.
우선, 불순물이 주입된 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수 매 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 올려놓아진다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 1매씩 취출하고, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심부를 회전 중심으로서 수평면 내에서 연직 방향축 둘레로 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
다음으로, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고, 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)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)의 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 이때에, 선행하는 가열 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)에 존재하고 있는 경우에는, 반송 핸드(151a, 151b)의 한쪽에 의해서 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 미처리의 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)의 사이를 폐쇄한다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 할로겐 램프(HL)에 의해서 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해서 플래시 가열 처리가 행해진다. 이 플래시 가열 처리에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 활성화가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170)의 사이를 다시 개방하고, 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)의 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. 이때, 당해 반도체 웨이퍼(W)가 가열 처리 전에 제1 쿨 챔버(131)를 통과하여 온 경우에는 가열 처리 후에도 제1 쿨 챔버(131)에 반입되고, 가열 처리 전에 제2 쿨 챔버(141)를 통과하여 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 근방에까지 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 매수의 처리가 끝난 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 더불어, 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)으로 질소 가스가 공급된다. 또, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이로써, 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 생략된 배기 기구에 의해서 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적당히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 반송 로봇(150)에 의해 반송 개구부(66)를 개재하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 반송 로봇(150)은, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a)(또는 반송 핸드(151b))를 유지부(7)의 바로 윗 위치까지 진출시켜 정지시킨다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단보다 상방에까지 상승한다.
미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 리프트핀(12)에 올려놓여진 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)를 열처리 공간(65)으로부터 퇴출시켜, 게이트 밸브(185)에 의해서 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지핀(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 지지핀(77)에 의해서 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 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해서 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 챔버창(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 퇴피되어 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 될 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 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 중의 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도(T1)는, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산할 우려가 없는, 600℃ 내지 800℃ 정도가 된다(본 실시 형태에서는 700℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도(T1)에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(20)에 의해서 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도(T1)로 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도(T1)에 균일하게 승온하고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있는데, 할로겐 램프 하우스(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아지고 있다. 이로 인해, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아지고, 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 시점에서 플래시 램프(FL)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다. 이때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접적으로 처리 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 처리 챔버(6) 내를 향하며, 이들 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승할 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, 플래시 가열에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 극히 단시간에 승강할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열확산에 필요한 시간에 비해 극히 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 생기지 않는 단시간이어도 활성화는 완료한다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이로써, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터 급속히 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(20)의 측정 결과보다 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지의 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하에까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트핀(12) 상에 올려놓여진 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 리프트핀(12)에 의해서 밀어올려진 반도체 웨이퍼(W)의 바로 아래 위치에까지 진출시켜 정지시킨다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 핸드(151b)에 건네져 올려놓여진다. 그 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 처리 챔버(6)로부터 퇴출시켜 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
그런데, 전형적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리는 로트 단위로 행해진다. 로트란, 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 본 실시 형태의 열처리 장치(100)에 있어서도, 로트를 구성하는 복수 매(예를 들어, 25매)의 반도체 웨이퍼(W)가 1개의 캐리어(C)에 수용되어 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 올려놓여지며, 그 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)가 1매씩 순차적으로 처리 챔버(6)에 반입되어 가열 처리가 행해진다.
여기서, 잠시 처리를 행하지 않았던 열처리 장치(100)에서 로트의 처리를 개시하는 경우, 대체로 실온의 처리 챔버(6)에 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되어 예비 가열 및 플래시 가열 처리가 행해지게 된다. 이러한 경우는, 예를 들어 메인테넌스 후에 열처리 장치(100)가 기동되고 나서 최초의 로트를 처리하는 경우나 앞의 로트를 처리한 후에 장시간이 경과한 경우 등이다. 가열 처리시에는, 승온한 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물에 열전도가 생기기 때문에, 초기에는 실온이었던 서셉터(74)가 반도체 웨이퍼(W)의 처리 매수가 증가함에 따라 서서히 축열에 의해 승온하게 된다. 또, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광의 일부는 하측 챔버창(64)에 흡수되기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 매수가 증가함에 따라 하측 챔버창(64)의 온도도 서서히 승온하게 된다.
그리고, 약 10매의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해졌을 때에 서셉터(74) 및 하측 챔버창(64)의 온도가 일정한 안정 온도에 도달한다. 안정 온도에 도달한 서셉터(74)에서는, 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74)로의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형을 이룬다. 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달할 때까지는, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 전열량이 서셉터(74)로부터의 방열량보다 많기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 매수가 증가함에 따라 서셉터(74)의 온도가 서서히 축열에 의해 상승한다. 이에 비해, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달한 후는, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형을 이루기 때문에, 서셉터(74)의 온도는 일정한 안정 온도에 유지되게 된다. 또, 하측 챔버창(64)의 온도가 안정 온도에 도달한 후는, 하측 챔버창(64)이 할로겐 램프(HL)의 조사광으로부터 흡수하는 열량과 하측 챔버창(64)으로부터 방출되는 열량이 균형을 이루기 때문에, 하측 챔버창(64)의 온도도 일정한 안정 온도에 유지되게 된다.
이와 같이 실온의 처리 챔버(6)에서 처리를 개시하면, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼(W)와 도중부터의 반도체 웨이퍼(W)에서 처리 챔버(6)의 구조물의 온도가 상이한 것에 기인하여 온도 이력이 불균일해진다고 하는 문제가 있었다. 또, 초기의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는 저온의 서셉터(74)에 지지되어 플래시 가열 처리가 행해지기 때문에 웨이퍼 휘어짐이 생기기도 했다. 이로 인해, 로트의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 처리 챔버(6) 내에 반입하여 처리 대상의 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 예비 가열 및 플래시 가열 처리를 행하여 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물을 안정 온도로 승온하는 더미 러닝이 실시되고 있다. 10매 정도의 더미 웨이퍼에 예비 가열 및 플래시 가열 처리를 행함으로써, 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물을 안정 온도로 승온할 수 있다. 이러한 더미 러닝은, 실온의 처리 챔버(6)에서 처리를 개시하는 경우뿐만 아니라, 예비 가열 온도(T1)나 처리 온도(T2)를 변경하는 경우에도 실행된다. 기술한 바와 같이, 더미 웨이퍼에는 반복하여 예비 가열 및 플래시 가열 처리가 행해지기 때문에, 더미 웨이퍼의 열화가 진행되어 웨이퍼 균열이나 휘어짐이 생기기 쉬워진다. 이로 인해, 더미 웨이퍼의 열화 상태를 적절히 관리하는 것이 필요해진다. 이하, 열처리 장치(100)에 있어서의 더미 웨이퍼의 관리에 대해 설명한다.
도 11은, 제1 실시 형태의 더미 웨이퍼의 관리 순서를 도시한 플로차트이다. 더미 웨이퍼는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 원판 형상의 실리콘 웨이퍼이며, 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 사이즈 및 형상을 갖는다. 단, 더미 웨이퍼에는, 패턴 형성이나 이온 주입은 이루어져 있지 않다. 즉, 더미 웨이퍼는 이른바 베어 웨이퍼이다.
더미 러닝을 행할 때에는, 우선 반송을 개시하고자 하는 웨이퍼가 더미 웨이퍼인지의 여부가 확인된다(단계 S11). 더미 웨이퍼는, 통상의 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 캐리어(C)와는 상이한 더미 웨이퍼 전용의 캐리어(C)(더미 캐리어)에 수용되어 운용된다. 그러한 더미 웨이퍼 전용의 캐리어(C)가 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 올려놓여지면, 캐리어(C)에 붙은 태그가 읽혀져 당해 캐리어(C)가 더미 캐리어인 것이 제어부(3)에 의해서 인식된다. 제어부(3)는, 반송을 개시하고자 하는 웨이퍼가 더미 캐리어에 수용된 웨이퍼일 때에 당해 웨이퍼를 더미 웨이퍼라고 판단한다. 반송을 개시하고자 하는 웨이퍼가 더미 웨이퍼가 아닌 경우에는, 더미 러닝은 개시되지 않는다. 또한, 더미 웨이퍼 전용의 캐리어(C)의 형태 자체는 통상의 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 캐리어(C)와 동일하고, 본 실시 형태에서는 FOUP이다.
반송을 개시하고자 하는 웨이퍼가 더미 웨이퍼인 경우, 단계 S11로부터 단계 S12로 진행되어, 그 더미 웨이퍼가 반송 기구(38)(수도 로봇(120) 및 반송 로봇(150))에 의해서 인덱서부(101)로부터 열처리부(160)에 반송된다. 더미 웨이퍼의 반송 순서는, 상술한 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 반송 순서와 대체로 동일하다.
다음으로, 할로겐 램프(HL)를 이용한 예비 가열을 실행하는지의 여부가 판단된다(단계 S13). 통상의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리와는 상이하게, 더미 러닝시에는 더미 웨이퍼에 예비 가열을 행하지 않고 플래시 가열만을 행하기도 한다. 이러한 경우에는, 예비 가열은 실행되지 않는다. 단계 S13의 판단은, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 적당히 판단하도록 해도 되고, 미리 설정된 레시피로부터 제어부(3)가 판단하도록 해도 된다.
예비 가열이 실행되는 경우에는, 통상의 반도체 웨이퍼(W)에 대하는 것과 동일하게, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 더미 웨이퍼가 예비 가열된다. 그리고, 제어부(3)의 계수부(31)(도 10)가 예비 가열 카운터에 1을 가산한다(단계 S14). 예비 가열 카운터란, 당해 더미 웨이퍼에 대해서 행해진 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 횟수를 나타내는 파라미터이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제어부(3)의 기억부인 자기 디스크(35)에는 더미 데이터베이스(39)가 저장되어 있다. 더미 데이터베이스(39)에는, 더미 캐리어와 그곳에 수용된 복수의 더미 웨이퍼의 예비 가열 횟수 및 플래시 가열 횟수가 관련지어져 등록되어 있다. 제어부(3)의 계수부(31)는, 처리 중의 더미 웨이퍼의 예비 가열 횟수를 더미 데이터베이스(39)로부터 추출하여, 그 값을 예비 가열 카운터로 한다. 그리고, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열이 당해 더미 웨이퍼에 행해졌을 때에, 계수부(31)가 예비 가열 카운터에 1을 가산하는 것이다.
계속해서, 계수부(31)에 의해서 1이 가산된 예비 가열 카운터가 미리 설정되어 있는 소정의 역치 이상으로 되어 있는지의 여부가 제어부(3)에 의해서 판정된다(단계 S15). 예비 가열 카운터의 역치로는 예를 들어 500회가 설정되어 있다. 예비 가열 카운터가 역치 이상으로 되어 있는 경우에는, 단계 S15로부터 단계 S16으로 진행되어, 제어부(3)의 발보부(32)가 알람을 발보한다. 예를 들어, 발보부(32)는 표시부(34)에 더미 웨이퍼의 예비 가열 횟수가 사용 한도에 도달했다는 취지의 경고를 표시한다. 발보부(32)가 알람을 발보한 후, 계속해서 단계 S17로 진행되어, 플래시 램프(FL)를 이용한 플래시 가열을 실행하는지의 여부가 판단된다.
한편, 예비 가열 카운터가 역치 미만인 경우에도, 단계 S17로 진행되어, 플래시 램프(FL)를 이용한 플래시 가열을 실행하는지의 여부가 판단된다. 또, 단계 S13에서 예비 가열을 실행하지 않는다고 판단된 경우에도 단계 S17로 진행된다. 더미 러닝시에는 예비 가열만을 행하고 플래시 가열을 행하지 않는 경우도 있다. 단계 S17의 판단도, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 적당히 판단하도록 해도 되고, 미리 설정된 레시피로부터 제어부(3)가 판단하도록 해도 된다.
플래시 가열이 실행되는 경우에는, 통상의 반도체 웨이퍼(W)에 대하는 것과 동일하게, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해서 더미 웨이퍼가 플래시 가열된다. 그리고, 제어부(3)의 계수부(31)가 플래시 가열 카운터에 1을 가산한다(단계 S18). 플래시 가열 카운터란, 당해 더미 웨이퍼에 대해서 행해진 플래시 가열의 횟수를 나타내는 파라미터이다. 계수부(31)는, 처리 중에 더미 웨이퍼의 플래시 가열 횟수를 더미 데이터베이스(39)로부터 추출하여, 그 값을 플래시 가열 카운터로 한다. 그리고, 플래시 램프(FL)에 의한 플래시 가열이 당해 더미 웨이퍼에 행해졌을 때에, 계수부(31)가 플래시 가열 카운터에 1을 가산하는 것이다.
계속해서, 계수부(31)에 의해서 1이 가산된 플래시 가열 카운터가 미리 설정되어 있는 소정의 역치 이상으로 되어 있는지의 여부가 제어부(3)에 의해서 판정된다(단계 S19). 플래시 가열 카운터의 역치로는 예를 들어 50회가 설정되어 있다. 플래시 가열 카운터가 역치 이상으로 되어 있는 경우에는, 단계 S19로부터 단계 S20으로 진행되어, 발보부(32)가 알람을 발보한다. 예를 들어, 발보부(32)는 표시부(34)에 더미 웨이퍼의 플래시 가열 횟수가 사용 한도에 도달했다는 취지의 경고를 표시한다.
한편, 예비 가열 카운터 및 플래시 가열 카운터의 양방이 각각의 역치 미만인 경우에는, 알람 발보는 이루어지지 않는다. 이 경우, 가열 처리 후의 더미 웨이퍼가 반송 기구(38)에 의해서 열처리부(160)로부터 인덱서부(101)의 원래의 캐리어(C)에 되돌려진다. 또, 단계 S16 또는 단계 S20 중 적어도 한쪽에서 알람이 발보된 경우에도, 더미 웨이퍼는 반송 기구(38)에 의해서 인덱서부(101)의 원래의 캐리어(C)에 되돌려진다.
제1 실시 형태에 있어서는, 더미 러닝의 과정, 즉 열처리 장치(100)에서 더미 웨이퍼의 처리를 행하고 있을 때에, 예비 가열 카운터 및 플래시 가열 카운터를 인크리먼트(increment)하여, 그들 카운터가 역치 이상이 되었을 때에 알람을 발보하도록 하고 있다. 예비 가열 카운터 및 플래시 가열 카운터는, 더미 웨이퍼의 열화의 정도를 나타내는 손모치로서 파악되는 지표이다. 요컨대, 제1 실시 형태에서는, 더미 러닝의 도중에 더미 웨이퍼의 손모치가 역치 이상이 되었을 때에 알람을 발보하고 있는 것이다. 이로써, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 더미 웨이퍼의 열화가 설정된 한계치에 도달한 것을 인식할 수 있으며, 당해 더미 웨이퍼를 새로운 더미 웨이퍼로 교환하게 된다. 그 결과, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 방지할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(100)의 구성 및 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는 제1 실시 형태와 동일하다. 제2 실시 형태에 있어서는, 더미 웨이퍼의 관리 형태가 제1 실시 형태와 상이하다.
도 12는, 제2 실시 형태의 더미 웨이퍼의 관리 순서를 도시한 플로차트이다. 제2 실시 형태에서는, 더미 웨이퍼를 수용한 캐리어(C)(더미 캐리어)가 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 올려놓여지고, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터가 더미 러닝의 처리 개시를 입력부(33)로부터 지시한다(단계 S21). 처리 개시가 지시되면, 제어부(3)는, 대상이 되는 더미 웨이퍼의 예비 가열 횟수를 더미 데이터베이스(39)로부터 추출하여 예비 가열 카운터로 한다. 또, 제어부(3)는, 당해 더미 웨이퍼의 플래시 가열 횟수를 더미 데이터베이스(39)로부터 추출하여 플래시 가열 카운터로 한다. 그리고, 제어부(3)는, 대상이 되는 더미 웨이퍼의 예비 가열 카운터가 미리 설정된 소정의 역치 이상인지의 여부를 판정한다(단계 S22). 예비 가열 카운터의 역치로는, 제1 실시 형태와 동일하게 예를 들어 500회가 설정되어 있다.
예비 가열 카운터가 역치 미만인 경우에는, 단계 S23으로 진행되어, 제어부(3)는, 그 더미 웨이퍼의 플래시 가열 카운터가 미리 설정된 소정의 역치 이상인지의 여부를 판정한다(단계 S23). 플래시 가열 카운터의 역치로서도, 제1 실시 형태와 동일하게 예를 들어 50회가 설정되어 있다. 그리고, 플래시 가열 카운터도 역치 미만인 경우에는, 대상이 되는 더미 웨이퍼의 반송이 개시되어 더미 러닝이 실행된다(단계 S24).
한편, 예비 가열 카운터 또는 플래시 가열 카운터가 역치 이상인 경우에는, 단계 S25로 진행되어, 발보부(32)가 알람을 발보한다. 또한, 제어부(3)는, 반송 기구(38)에 의한 반송 동작을 금지한다(단계 S26).
제2 실시 형태에 있어서는, 열처리 장치(100)에서 더미 웨이퍼의 반송을 개시하고자 했을 때에, 그 더미 웨이퍼의 손모치가 역치 이상인 경우에 알람을 발보하고 있다. 이로써, 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 더미 웨이퍼의 열화가 설정된 한계치에 도달한 것을 인식할 수 있으며, 당해 더미 웨이퍼의 처리를 중지하게 된다.
만일, 알람이 발보되었음에도 불구하고, 오퍼레이터가 억지로 더미 웨이퍼의 처리를 개시시키고자 해도, 제어부(3)가 반송 기구(38)에 의한 반송 동작을 금지하고 있기 때문에, 당해 더미 웨이퍼가 열처리부(160)에 반송되어 처리되는 것은 방지된다. 그 결과, 열화가 진행된 더미 웨이퍼의 오처리를 확실히 방지할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제2 실시 형태는, 더미 웨이퍼의 열처리를 행하는 경우뿐만 아니라, 더미 웨이퍼의 비가열 처리를 행하는 경우에도 적용할 수 있다. 비가열 처리란, 더미 웨이퍼에 대한 열처리를 행하지 않고, 인덱서부(101)와 열처리부(160)의 사이에서 더미 웨이퍼의 반송만을 행하는 처리이다. 이러한 비가열 처리는, 예를 들어, 반송 기구(38)의 티칭 작업을 행한 후에, 교시 내용대로의 위치에 더미 웨이퍼가 반송되어 있는지의 여부를 확인하기 위해서 행해진다. 열처리의 횟수를 거듭하여 열화가 진행된 더미 웨이퍼에는 휘어짐이 생기고 있는 경우가 있으며, 비가열 처리여도 그러한 더미 웨이퍼를 반송 기구(38)에 의해서 반송하고자 하면 반송 트러블이 되는 경우가 있다. 더미 웨이퍼의 비가열 처리에 제2 실시 형태를 적용하면, 더미 웨이퍼의 변형에 기인한 반송 트러블을 미연에 방지할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니며, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것이 아니며, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형의 아크 램프(예를 들어, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용해 예비 가열을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 더미 웨이퍼의 예비 가열도 아크 램프로부터의 광조사에 의해서 행해지게 된다.
또, 열처리 장치(100)에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다.
3 제어부
4 할로겐 램프 하우스
5 플래시 램프 하우스
6 처리 챔버
7 유지부
10 이재 기구
31 계수부
32 발보부
33 입력부
34 표시부
35 자기 디스크
38 반송 기구
39 더미 데이터베이스
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
FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프
W 반도체 웨이퍼

Claims (10)

  1. 더미 웨이퍼를 관리하는 열처리 방법으로서,
    열처리에 의한 더미 웨이퍼의 손모치(損耗値)를 계수하는 계수 공정과,
    상기 더미 웨이퍼의 손모치가 소정의 역치 이상이었을 때에 경고를 발보(發報)하는 발보 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계수 공정 및 상기 발보 공정은 열처리 장치에서 상기 더미 웨이퍼의 처리를 행하고 있을 때에 실행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    열처리 장치에서 손모치가 상기 역치에 도달되어 있는 상기 더미 웨이퍼의 반송 개시의 지시를 받았을 때에 상기 발보 공정이 실행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 반송 개시의 지시를 받았을 때에 또한 상기 더미 웨이퍼의 반송을 금지하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 손모치는, 연속 점등 램프에 의한 예비 가열의 횟수 또는 플래시 램프에 의한 플래시 가열의 횟수인 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 더미 웨이퍼를 관리하는 열처리 장치로서,
    더미 웨이퍼에 열처리를 행하는 열처리부와,
    상기 열처리부에 상기 더미 웨이퍼를 반송하는 반송부와,
    열처리에 의한 상기 더미 웨이퍼의 손모치를 계수하는 계수부와,
    상기 더미 웨이퍼의 손모치가 소정의 역치 이상이었을 때에 경고를 발보하는 발보부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 열처리부에서 상기 더미 웨이퍼의 열처리를 행하고 있을 때에, 상기 계수부가 상기 더미 웨이퍼의 손모치를 계수함과 더불어, 당해 손모치가 상기 역치에 도달했을 때에 상기 발보부가 경고를 발보하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    손모치가 상기 역치에 도달되어 있는 상기 더미 웨이퍼의 반송 개시의 지시를 받았을 때에 상기 발보부가 경고를 발보하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 반송 개시의 지시를 받았을 때에 상기 반송부에 의한 상기 더미 웨이퍼의 반송을 금지하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리부는, 연속 점등 램프 및 플래시 램프를 구비하고,
    상기 손모치는, 상기 연속 점등 램프에 의한 예비 가열의 횟수 또는 상기 플래시 램프에 의한 플래시 가열의 횟수인 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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